低Gd含量Mg-Gd系鑄造鎂合金的組織與性能研究.pdf

1、Mg-Gd系合金具有良好的強化效果和優(yōu)異的時效硬化特性，成為近年來的研究熱點，但較高的成本限制了該系合金的應用。如何在降低Gd含量的同時保證合金的析出強化能力成為Mg-Gd系鑄造合金的研究熱點。目前，具有析出強化能力且Gd含量最低的鑄造合金為Mg-6Gd-1Zn-0.6Zr(wt.％)合金。本文設計了1種Gd含量低至3 wt.%，且具有析出強化能力的Mg-Gd系合金。同時，對低Gd含量Mg-Gd系合金中的兩種顯微組織，即生長孿晶和方塊相

2、進行研究，以揭示其強化機理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①原始鑄態(tài)合金中形成了大量的Mg5Gd相，該相的晶體結(jié)構(gòu)為fcc，晶格常數(shù)為2.26 nm，化學成分為Mg5(Gd0.2Nd0.8)(at.%)。Nd原子固溶到Mg5Gd相中并促進了該相的形成。原始鑄態(tài)合金的力學性能為：抗拉強度200 MPa，屈服強度115 MPa，延伸率5.6%，主要強化相為固溶了Nd原子的Mg5Gd共晶相。②合金經(jīng)過500℃/4 h+535℃/4 h的雙級

3、固溶處理工藝， Mg5(Gd0.2Nd0.8)共晶相基本全部消失，沒有過燒。固溶態(tài)合金的力學性能為：抗拉強度206 MPa，屈服強度110 MPa，延伸率11.1%。固溶處理后，兩種稀土元素產(chǎn)生的固溶強化效果，與共晶相消失造成的弱化效果基本抵消。固溶處理會消除熱應力、降低溶質(zhì)元素偏析程度并形成單1的α-Mg相，使合金組織更加均勻且減少了裂紋源，延伸率比原始鑄態(tài)合金提高約100%。③合金表現(xiàn)出了較高的時效硬化能力，硬度值由固溶態(tài)的66.2

4、 HV提高到了峰時效態(tài)的99.2 HV，提高了約50%，最終確定合金的峰時效熱處理制度為500℃/4 h+535℃/4 h+100℃/24 h+200℃/24 h。該析出相為盤狀結(jié)構(gòu)的β1相，晶體結(jié)構(gòu)為fcc，晶格常數(shù)為0.79 nm，化學式為Mg3(GdxNdy)，很可能是Mg3Gd相和Mg3Nd相的無限固溶體。該析出相的慣析面為基體的{10-10}柱面，與基體的位向關系為(-112)p//(10-10)m,[110]p//[0001

5、]m。峰時效態(tài)合金的力學性能為：抗拉強度289 MPa，屈服強度138 MPa，延伸率5.3%。{10-10}柱面析出的盤狀β1相對合金的強化效果明顯，但顯著降低了合金的延伸率。原因是室溫下鎂合金主要的變形形式為基面滑移，而β1相的形貌和位向關系可以有效地阻礙基面滑移的開動，提高其臨界剪切應力值，所以強度提高；同時基面滑移的臨界剪切應力提高導致合金在拉伸時變形困難，所以延伸率比固溶態(tài)明顯降低。④原始鑄態(tài)合金中的生長孿晶類型為{10-12

6、}型，平均寬度為4.4±2.3μm，體積分數(shù)為25.2±4.8%。350℃/1 h退火后，生長孿晶的類型仍為{10-12}型，平均寬度為4.5±2.0μm，體積分數(shù)為55.2±5.3%。⑤對合金原始鑄態(tài)和退火態(tài)的力學性能分別進行了測試。退火處理后合金的拉伸和壓縮強度指標保持不變，而延伸率明顯升高。鑄造合金的隨機織構(gòu)、生長孿晶界的強化作用以及退火處理的弱化作用共同作用，保持退火前后合金的強度基本不變。延伸率的升高與兩個因素有關：1是退火處

7、理后熱應力消除、合金元素的偏析程度降低，組織更加均勻。2是生長孿晶體積分數(shù)的明顯增加有利于激發(fā)更多滑移系，協(xié)調(diào)合金變形。⑥對拉伸斷裂、預壓縮5%和預壓縮20%的3個變形樣品中的孿生行為進行了EBSD標定，并測試了3個樣品的宏觀織構(gòu)。拉伸斷裂樣品中形成了<10-10>//載荷方向的織構(gòu)，而預壓縮5%和20%的樣品中沒有形成明顯的織構(gòu)，預壓縮20%樣品比預壓縮5%樣品具有更小的最大極密度值，這可能與合金較高的壓縮延伸率有關。⑦從過飽和、合金