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文檔簡介
1、作為最輕的金屬結構材料,鎂合金在汽車、航空航天、電子通信及國防等領域具有廣闊的應用前景,被譽為“21世紀綠色工程材料”。Mg-Sn系合金因其較好的抗蠕變性能和優(yōu)異的沉淀硬化效應而在高強高韌變形鎂合金研發(fā)方面極具潛力。本文以Mg-5Sn合金為基體合金,以Ba、Li、Al、Zn、Gd為合金化元素,采用帶氬氣保護的電磁感應熔煉爐制備出9種成分不同的合金。利用X射線熒光光譜儀(XRF)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線
2、衍射儀(XRD)、能量色散X射線譜儀(EDS)和力學性能測試儀等設備研究了合金化元素Ba、Li、Al、Zn、Gd及5%壓縮預變形對Mg-Sn系合金顯微組織及力學性能的影響,以此豐富鎂合金合金化及強韌化理論。
以Mg-5Sn合金(主要由α-Mg基體和Mg2Sn相組成)為研究對象,添加Ba或Li元素后,從顯微組織方面發(fā)現(xiàn):合金中形成了新的BaMg2Sn2相或Li2MgSn相。BaMg2Sn2相呈針狀或羽毛狀結構,主要分布在合金的晶
3、界上,在TEM高分辨像中發(fā)現(xiàn)它是由許多直徑小于50 nm的細小納米顆粒組成,這一點和常規(guī)的第二相是由單一的顆粒組成有很大不同,其形成機理可以用定向附著生長機制加以解釋。Li2MgSn相和Mg2Sn相具有相同的晶體結構和相近的晶格常數,在鑄態(tài)合金中以典型的層片狀共晶組織存在。Ba和Li元素的添加在一定范圍內均可以顯著細化合金的晶粒,其作用機理是溶質原子的偏聚和金屬間化合物對晶粒長大的強烈阻礙作用。其中Li元素對合金組織演變的影響以溶質原子
4、的偏聚為主,而Ba元素對合金組織演變的影響以金屬化合物的阻礙作用為主。
添加Ba或Li元素后,從力學性能方面發(fā)現(xiàn):Ba對合金的力學性能主要為惡化作用,體現(xiàn)在隨著Ba含量的增加,擠壓態(tài)合金在拉壓測試中的強度和延伸率都呈降低的趨勢。其機理是Ba的加入一方面使合金中生成了大量不固溶于α-Mg基體的硬脆相BaMg2Sn2相,該相擠碎后的尺寸較動態(tài)析出的Mg2Sn相大,使得第二相有效間距變大,對柱面滑移和{10-12}孿生的阻礙作
5、用減小,合金拉壓屈服強度降低;另一方面是BaMg2Sn2相的形成消耗了Sn,使得合金中的主要強化相Mg2Sn相減少,第二相強化作用弱化。微量Li可以顯著提高鑄態(tài)Mg-5Sn合金的拉壓屈服強度、延伸率和抗壓強度,其機理是細晶強化,Mg2Sn與Li2MgSn相對位錯的有效阻礙作用以及拉伸孿晶界面阻礙位錯運動,同時為位錯形核提供局部形核質點和協(xié)調位錯運動。此外,微量Li還可以抑制動態(tài)再結晶后晶粒的長大,使合金在擠壓后獲得更加細小的晶粒,極大的
6、提高合金的抗壓屈服強度,減小或消除合金的拉壓不對稱性。
以Mg-5Sn-0.3Li合金(主要由α-Mg基體、Mg2Sn相和Li2MgSn相組成)為研究對象,分別加入1 wt.%Al,Zn和Gd元素后發(fā)現(xiàn),添加1 wt.%Al或Zn元素以后,合金中沒有新的相生成,而加入1 wt.%Gd,合金中生成了呈針狀或顆粒狀的GdMgSn相,且該相主要分布在晶粒的內部。Al和Zn的添加可以顯著細化Mg-Sn-Li合金的枝晶組織,其作用機理是
7、是溶質原子的偏聚和金屬間化合物對晶粒長大的強烈阻礙作用,其中以溶質原子的偏聚為主導作用。而Gd的添加對晶粒大小的影響不大,其原因是GdMgSn相的生成消耗了合金中的Sn,而Sn比Gd具有更大的GRF值,即具有更大的溶質原子偏聚影響力。
在研究Mg-5Sn-0.3Li合金的拉壓不對稱性時,發(fā)現(xiàn)擠壓后的Mg-5Sn-0.3Li合金的拉壓不對稱性較低,其拉壓不對稱性值為1。Al或Gd的添加使其拉壓不對稱性值略有升高,而Zn元素的添加
8、使其拉壓不對稱性值顯著降低。由于固溶原子的強化作用,Al或Zn元素的添加可以顯著提高基體合金在拉伸測試中的屈服強度和抗拉強度。Gd元素的添加一方面使得合金中生成大量的GdMgSn相,另一方面使得含Sn金屬化合物數量明顯減少,致使基體合金的抗拉強度降低。因為GdMgSn相主要分布在合金內部,對孿生增殖和長大產生阻礙作用,含Gd合金在壓縮測試中屈服強度顯著高于其在拉伸測試中的屈服強度。
在研究弱織構下預變形對擠壓態(tài)Mg-5Sn-0
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