高性能Mg-RE-TM系鎂合金中LPSO相和沉淀硬化相的復(fù)合強韌化研究.pdf

1、輕質(zhì)高強韌鎂合金是航空航天、國防軍工及現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中緊迫的輕量化材料需求之一，對緩解我國資源短缺、能源危機和環(huán)境污染的意義重大。含長周期堆垛有序相（LPSO相）和沉淀硬化相的Mg-RE-TM是目前性能最好的高強鎂合金體系，其強度在500MPa以上，已基本達到商用高強鋁合金的強度，但延伸率卻普遍偏低（通常在5％以下），無法滿足作為關(guān)鍵承力構(gòu)件的工程應(yīng)用。如何利用有效的強韌化途徑，解決高強鎂合金強度塑性不可兼得的矛盾，已成為一個亟待解決的科

2、學(xué)難題。如要設(shè)計出高強高韌Mg-RE-TM鎂合金，則必須澄清該合金的強韌化機制，掌握強度塑性的變化規(guī)律，為最終的合金設(shè)計與應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。
　　針對這一現(xiàn)狀，作者將合金中的起主要強化作用的第二相（LPSO相和沉淀硬化相）完全獨立出來，設(shè)計出只含 LPSO相和只含沉淀硬化相的合金，然后綜合考慮這兩種相的影響，設(shè)計出含 LPSO相和沉淀相的多相復(fù)合合金，最終揭示合金的強韌化機制。
　　本文首先研究了Mg-RE單一沉淀硬化相鎂合

3、金的強韌化規(guī)律。結(jié)果表明，在可形成沉淀硬化相的不同RE元素里，Gd和Y元素的時效效果較好，Y含量在RE總量2.0at.%以上才有時效效果，而Gd含量在1.6at.%以上則有時效效果。在此基礎(chǔ)上設(shè)計出的Mg-1.2at.%Gd-1.0at.%Y，抗拉強度400MPa，延伸率超過9%，綜合力學(xué)性能優(yōu)異。
　　然后，研究了Mg-RE-TM單一LPSO相鎂合金的強韌化規(guī)律。通過Zn/Y比設(shè)計得出該值3/4時合金力學(xué)性能最為優(yōu)異。在保證 Z

4、n/RE不變的基礎(chǔ)上，從鑄態(tài)下形成 LPSO相和通過熱處理才能形成 LPSO相的兩類合金進行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Mg-Ni-Y鎂合金具有最高的抗拉強度，Mg-Zn-Y合金塑性較為優(yōu)異且綜合性能較好。而鑄態(tài)下無LPSO相的Mg-Gd-Zn合金，經(jīng)固溶退火工藝處理后，可以在合金中析出大量的層狀結(jié)構(gòu)14H型LPSO相，其強度較低，塑性較好。在此基礎(chǔ)上設(shè)計出的Mg-Gd-Y-Zn合金力學(xué)性能優(yōu)異，抗拉強度達到370MPa，延伸率7%。
　　在綜

5、合LPSO相和沉淀相強化效果的基礎(chǔ)上，設(shè)計出了Mg-Gd-Y-Zn合金，并進行Mn微合金化及控制Zn含量，采用固溶退火、擠壓和時效工藝后合金強度達到493MPa，延伸率5.5%，綜合性能優(yōu)異。
　　隨后，研究了在LPSO相和沉淀相強化復(fù)合的合金中，改變LPSO相的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、分布對合金力學(xué)性能的影響規(guī)律。采用 Ni替換，RE元素調(diào)控，熱處理調(diào)控，微合金化手段調(diào)控LPSO相種類、含量、形態(tài)，實驗結(jié)果表明，當LPSO相呈層狀形貌時可顯

6、著提高合金的強度，而 LPSO相呈塊狀形貌則對提升合金的塑性有幫助，且層狀 LPSO相越致密越細小，合金的強度提升越明顯。在此基礎(chǔ)上采用感應(yīng)制得的 GWZM3合金經(jīng)540℃×4h爐冷退火后的擠壓態(tài)合金，其抗拉強度400MPa，延伸率12.6%，綜合性能優(yōu)異。
　　再次，研究了在LPSO相和沉淀相強化復(fù)合的合金中，沉淀析出行為對合金力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，Mg-RE-TM合金時效后，整體強度均有大幅提升，但塑性下降較為明顯。然而，

7、無論 LPSO相的形態(tài)結(jié)構(gòu)怎樣變化，合金的抗拉強度提升情況大致相同，但塑性變化情況則差異明顯。且部分合金在時效時出現(xiàn)了時效平臺現(xiàn)象，該現(xiàn)象使得合金在峰時效下塑性下降程度減小，即在一定程度上提高了合金的塑性。
　　最后，基于上述研究，結(jié)合時效過程中的時效平臺現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)有時效平臺現(xiàn)象的 GWZM3合金，隨著時效時間的增加，合金的強度塑性同時提高的現(xiàn)象，并獲得抗拉強度538MPa，延伸率10%的性能。在此基礎(chǔ)上，從LPSO相與沉淀相的復(fù)