稀土Nd、Y對Mg-6Zn-1Mn鎂合金微合金化效應的研究.pdf

1、鎂合金具有質輕、高的比強度、良好的導熱導電性、阻尼減振、電磁屏蔽等等優(yōu)異性能，在交通、電子通訊、航空航天等領域展現(xiàn)了廣闊的應用前景，已成為21世紀綠色環(huán)保工程材料之一。然而，當前鎂合金材料的室溫強度相對較低，耐蝕性能較差，嚴重限制了其作為結構材料的廣泛應用。因此，發(fā)展高強高韌并兼有良好耐蝕性的鎂合金材料，就成為當前結構材料前沿領域的熱門課題，具有重要現(xiàn)實意義。
　　本文基于課題組新近開發(fā)的高強 Mg-6Zn-1Mn鎂合金（ZM61

2、），系統(tǒng)研究了稀土Nd、Y對ZM61的微合金化效應；并借助銅模鑄造快速凝固技術，研究了不同冷卻速率對 ZM61合金結果和性能影響。利用光學顯微鏡（OM）、X射線衍射分析儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）配置能譜分析儀（EDS）、透射電子顯微鏡（TEM）、示差掃描量熱儀（DSC）、萬能材料試驗機、電化學工作站等實驗手段，系統(tǒng)研究了不同稀土Nd、Y對ZM61系鎂合金的微觀結構、熱穩(wěn)定性、力學性能、腐蝕性能等的影響。主要獲得了如下結果：<

3、br>　　(1)少量稀土Nd（低于0.4％）對鑄態(tài)ZM61合金具有明顯的細晶作用，隨著Nd含量繼續(xù)增加，在晶界上析出粗大第二相顆粒而導致合金的綜合力學性能降低。研究還發(fā)現(xiàn)，Nd對擠壓態(tài)ZM61合金的織構影響較小，其顯著影響合金動態(tài)再結晶率。當Nd含量較低時，合金經(jīng)擠壓時動態(tài)再結晶率較低，主要生成彌散細小的第二相；隨著Nd的增加，合金發(fā)生完全的動態(tài)再結晶，由于在合金晶界上析出粗大的T相，而導致合金綜合力學性能下降。
　　(2)當稀土

4、Nd含量較低時，固溶處理后ZM61-Nd合金晶粒尺寸明顯減小，大部分第二相已溶入鎂基體中。在隨后時效過程中能夠析出大量細小彌散的第二相，起到彌散強化的作用，合金展示了較好的力學性能；隨著Nd含量的增加，殘留基體中的稀土三元相 T相隨之增加，進而在后續(xù)時效處理時，合金析出的第二相會減少，而導致ZM61-Nd系固溶單級時效態(tài)鎂合金強度降低。透射電子顯微鏡結果證實了ZM61-Nd系合金在時效過程中的強化相MgZn2以β'1桿狀相和β'2盤狀相

5、兩種形式存在。其中β'1桿狀相與基體的位向關系為：[112?0]Mg∕∕[0001]MgZn2，(0002)Mg∕∕(112?0)MgZn2；盤狀β'2(MgZn2)相與基體的位向關系為：[112?0]Mg∕∕[101?0] MgZn2，(0002)Mg∕∕(0002)MgZn2。而通過添加Nd，可加速ZM61系合金中盤狀β'2(MgZn2)相的析出，且隨著時效時間的延長，合金中部分桿狀β'1(MgZn2)相會向盤狀β'2(MgZn2)

6、相發(fā)生轉變。
　　(3)研究發(fā)現(xiàn)，在ZM61-Y系鑄態(tài)合金中，隨著Y含量的變化，合金主要物相演變規(guī)律為：α-Mg+Mg7Zn3→α-Mg+I→α-Mg+W→α-Mg+X，這主要歸因于 Zn/Y原子比的不同造成的。其中，I相主要偏聚于枝晶，W相多以魚骨狀的形式存在，X相多以片層狀形式存在。
　　(4)當Y含量低于2%時，擠壓可使晶界和晶粒內部析出細小彌散的第二相，提高合金強度的同時，也具有較好的室溫延展性，其斷口上韌窩尺寸也較

7、大。隨著Y的增加，第二相顆粒變大，主要存在于晶界，熱擠壓過程中晶粒不易被擠碎、細化，弱化了析出相與基體的界面能，最終使得擠壓態(tài)合金綜合力學性能降低。同時，少量稀土Y（低于2%）摻雜ZM61系合金經(jīng)固溶人工時效后，綜合性能獲得提高。這歸因于在固溶過程中，合金中的大部分第二相顆粒溶入鎂基體，在隨后的人工時效過程中，晶界和晶內析出細小彌散的第二相顆粒，從而起到彌散強化作用。隨著Y的增加，固溶過程中溶入鎂基體的第二相顆粒少，固溶時效強化效果降低

8、，而且晶粒尺寸大幅度長大，整體導致合金綜合性能下降。
　　(5)確立了Mg-6Zn-1Mn-2Y合金經(jīng)515℃/2h+90℃/24h+180℃/24h固溶雙級時效處理可獲得較好的綜合力學性能，其屈服強度高達340MPa，對應的時效硬化曲線呈現(xiàn)“欠時效-峰時效-過時效”特征，在時效過程中可長時間處于高硬度的狀態(tài)，具備強的時效硬化能力，這為發(fā)展高強 ZM61-Y合金系提供了可借鑒的技術路線。
　　(6)快速凝固技術使得ZM61鎂