稀土Nd、Y對(duì)Mg-6Zn-1Mn鎂合金微合金化效應(yīng)的研究.pdf

1、鎂合金具有質(zhì)輕、高的比強(qiáng)度、良好的導(dǎo)熱導(dǎo)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(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景，已成為21世紀(jì)綠色環(huán)保工程材料之一。然而，當(dāng)前鎂合金材料的室溫強(qiáng)度相對(duì)較低，耐蝕性能較差，嚴(yán)重限制了其作為結(jié)構(gòu)材料的廣泛應(yīng)用。因此，發(fā)展高強(qiáng)高韌并兼有良好耐蝕性的鎂合金材料，就成為當(dāng)前結(jié)構(gòu)材料前沿領(lǐng)域的熱門(mén)課題，具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文基于課題組新近開(kāi)發(fā)的高強(qiáng) Mg-6Zn-1Mn鎂合金（ZM61

2、），系統(tǒng)研究了稀土Nd、Y對(duì)ZM61的微合金化效應(yīng)；并借助銅模鑄造快速凝固技術(shù)，研究了不同冷卻速率對(duì) ZM61合金結(jié)果和性能影響。利用光學(xué)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(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)、電化學(xué)工作站等實(shí)驗(yàn)手段，系統(tǒng)研究了不同稀土Nd、Y對(duì)ZM61系鎂合金的微觀結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能、腐蝕性能等的影響。主要獲得了如下結(jié)果：<

3、br>　　(1)少量稀土Nd（低于0.4％）對(duì)鑄態(tài)ZM61合金具有明顯的細(xì)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(dǎo)致合金的綜合力學(xué)性能降低。研究還發(fā)現(xiàn)，Nd對(duì)擠壓態(tài)ZM61合金的織構(gòu)影響較小，其顯著影響合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶率。當(dāng)Nd含量較低時(shí)，合金經(jīng)擠壓時(shí)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶率較低，主要生成彌散細(xì)小的第二相；隨著Nd的增加，合金發(fā)生完全的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，由于在合金晶界上析出粗大的T相，而導(dǎo)致合金綜合力學(xué)性能下降。
　　(2)當(dāng)稀土

4、Nd含量較低時(shí)，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(shí)效過(guò)程中能夠析出大量細(xì)小彌散的第二相，起到彌散強(qiáng)化的作用，合金展示了較好的力學(xué)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(jìn)而在后續(xù)時(shí)效處理時(shí)，合金析出的第二相會(huì)減少，而導(dǎo)致ZM61-Nd系固溶單級(jí)時(shí)效態(tài)鎂合金強(qiáng)度降低。透射電子顯微鏡結(jié)果證實(shí)了ZM61-Nd系合金在時(shí)效過(guò)程中的強(qiáng)化相MgZn2以β'1桿狀相和β'2盤(pán)狀相

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

6、相發(fā)生轉(zhuǎn)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?dú)w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(yú)骨狀的形式存在，X相多以片層狀形式存在。
　　(4)當(dāng)Y含量低于2%時(shí)，擠壓可使晶界和晶粒內(nèi)部析出細(xì)小彌散的第二相，提高合金強(qiáng)度的同時(shí)，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(guò)程中晶粒不易被擠碎、細(xì)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(xué)性能降低。同時(shí)，少量稀土Y（低于2%）摻雜ZM61系合金經(jīng)固溶人工時(shí)效后，綜合性能獲得提高。這歸因于在固溶過(guò)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(shí)效過(guò)程中，晶界和晶內(nèi)析出細(xì)小彌散的第二相顆粒，從而起到彌散強(qiáng)化作用。隨著Y的增加，固溶過(guò)程中溶入鎂基體的第二相顆粒少，固溶時(shí)效強(qiáng)化效果降低

8、，而且晶粒尺寸大幅度長(zhǎng)大，整體導(dǎo)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(jí)時(shí)效處理可獲得較好的綜合力學(xué)性能，其屈服強(qiáng)度高達(dá)340MPa，對(duì)應(yīng)的時(shí)效硬化曲線呈現(xiàn)“欠時(shí)效-峰時(shí)效-過(guò)時(shí)效”特征，在時(shí)效過(guò)程中可長(zhǎng)時(shí)間處于高硬度的狀態(tài)，具備強(qiáng)的時(shí)效硬化能力，這為發(fā)展高強(qiáng) ZM61-Y合金系提供了可借鑒的技術(shù)路線。
　　(6)快速凝固技術(shù)使得ZM61鎂