高性能Mg-RY（富釔）-Zn合金的顯微組織和力學(xué)性能.pdf

1、鎂合金由于具有密度小，比強(qiáng)度和比剛度高及利于回收等優(yōu)點(diǎn)在航空、航天和汽車工業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。然而，其相對較低的絕對強(qiáng)度和差的耐熱性能限制了鎂合金的發(fā)展。在純鎂中加入特定含量的稀土元素和鋅元素后會(huì)形成一種新型的強(qiáng)化相，即長周期堆垛有序相(LPSO相)。該相能夠顯著地提高鎂合金的絕對強(qiáng)度，并且使鎂合金具有良好的耐熱性能。
　　本文利用傳統(tǒng)的鑄造方法制備了含富釔和鋅元素的LPSO結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的高性能鎂合金。鑄態(tài) Mg-XRY(X=6,

2、9)-4Zn合金是由塊狀的LPSO相、LPSO精細(xì)條紋、網(wǎng)狀的Mg3Zn3Y2共晶相和少量的Mg24Y5相及含LPSO精細(xì)條紋的鎂基體5相構(gòu)成。其中塊狀的LPSO相和LPSO精細(xì)條紋均為6H’類型的長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)。隨著RY元素含量的增多，鑄態(tài)Mg-XRY(X=6,9)-4Zn合金中塊狀的LPSO強(qiáng)化相的體積分?jǐn)?shù)從10％增加到24%，而影響合金力學(xué)性能的Mg3Zn3Y2共晶相的數(shù)量逐漸減小，另外合金的枝晶壁間距從60?m減小到42?m

3、。LPSO相可以有效地細(xì)化鎂基體。塊狀的LPSO相和含LPSO精細(xì)條紋的鎂基體在室溫及250℃時(shí)都具有非常大的硬度。并且隨著溫度的升高，其硬度下降得十分緩慢。鑄態(tài) Mg-XRY(X=6,9)-4Zn合金表現(xiàn)出了優(yōu)良的力學(xué)性能及耐熱性能。并且隨著RY元素含量的增多，鑄態(tài)Mg-XRY(X=6,9)-4Zn合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及延伸率都有明顯的提升。塊狀的LPSO相和LPSO精細(xì)條紋對鑄態(tài)Mg-XRY(X=6,9)-4Zn合金有很好的強(qiáng)化

4、作用。鑄態(tài)Mg-9RY-4Zn合金與鑄態(tài)Mg-6RY-4Zn合金相比，塊狀的LPSO相體積分?jǐn)?shù)增加，Mg3Zn3Y2共晶相數(shù)量減少，枝晶壁間距逐漸減小，因而其力學(xué)性能優(yōu)于后者。
　　為了提高鑄態(tài) Mg-XRY(X=6,9)-4Zn合金的力學(xué)性能，對其進(jìn)行了擠壓加工。擠壓態(tài)Mg-XRY(X=6,9)-4Zn合金是由條帶狀的LPSO相、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶內(nèi)部的LPSO精細(xì)條紋、碎裂的Mg3Zn3Y2共晶相、少量的Mg24Y5相和含LPSO精細(xì)

5、條紋的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶鎂基體構(gòu)成。其中，條帶狀的LPSO相和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶內(nèi)部的LPSO精細(xì)條紋均是14H類型的LPSO結(jié)構(gòu)。隨著 RY元素含量的增多，擠壓態(tài) Mg-XRY(X=6,9)-4Zn合金中條帶狀的LPSO強(qiáng)化相的體積分?jǐn)?shù)從10%增加到22%，而動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的晶粒尺寸從12?m減小到10?m。條帶狀的LPSO相有助于細(xì)小的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的晶粒的形成。經(jīng)過擠壓變形，條帶狀的LPSO相和含LPSO精細(xì)條紋的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的硬度都得到了明顯的增加。擠壓

6、態(tài)Mg-XRY(X=6,9)-4Zn合金表現(xiàn)出了優(yōu)良的拉伸性能及良好的耐熱性能。并且隨著RY元素含量增加，擠壓態(tài) Mg-XRY(X=6,9)-4Zn合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及延伸率都得到了明顯的增高。條帶狀的LPSO相和含LPSO精細(xì)條紋的細(xì)小的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶對合金的力學(xué)性能起到了重要的強(qiáng)化作用。
　　擠壓態(tài)Mg-XRY(X=6,9)-4Zn合金都表現(xiàn)出明顯的時(shí)效硬化特征。經(jīng)過220℃長時(shí)間的時(shí)效，合金中的LPSO相的形狀、尺寸、體積

7、分?jǐn)?shù)、類型等均沒有發(fā)生改變，合金中的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒略有增大。研究表明：高體積分?jǐn)?shù)的LPSO相有助于抑制細(xì)小的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的晶粒的長大。經(jīng)過長時(shí)間的高溫時(shí)效，大量的堆垛層錯(cuò)從鎂基體中析出。峰值時(shí)效態(tài)的Mg-9RY-4Zn合金表現(xiàn)出了最佳的綜合力學(xué)性能。除了時(shí)效過程中保持穩(wěn)定的條帶狀的LPSO相和相對穩(wěn)定的細(xì)小的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶對合金起到了強(qiáng)化作用外，大量析出的堆垛層錯(cuò)也是提高合金力學(xué)性能的主要因素。
　　擠壓態(tài)Mg-9RY-4Zn合金中，平

8、行于擠壓方向上和垂直于擠壓方向上的顯微組織存在明顯的不同。壓縮性能測試表明擠壓態(tài)Mg-9RY-4Zn合金存在明顯的各向異性。在平行于擠壓方向壓縮時(shí)，條帶狀的LPSO相會(huì)通過自身的彎折強(qiáng)化基體，并且主裂紋要通過或繞過部分條帶狀的LPSO相，條帶狀的LPSO相起到了重要的強(qiáng)化作用。在垂直于擠壓方向壓縮時(shí)，主裂紋與條帶狀的LPSO相平行，在壓縮測試過程中條帶狀的LPSO相對材料力學(xué)性能的挺高貢獻(xiàn)較小。
　　擠壓態(tài) Mg-(6,9)RY-

9、4Zn合金做缺口拉伸時(shí)的抗拉強(qiáng)度始終大于光滑試樣的抗拉強(qiáng)度，即缺口敏感度(NSR)始終大于1。與光滑試樣相比，LPSO相在缺口拉伸過程中，發(fā)生了非常嚴(yán)重的塑性變形甚至碎裂，消耗了更高的能量。含高體積分?jǐn)?shù)的擠壓態(tài)Mg-9RY-4Zn合金的NSR值始終大于擠壓態(tài)Mg-6RY-4Zn合金的NSR值。LPSO相在溫度升高時(shí)的對合金的強(qiáng)化效果更佳明顯，這使得在擠壓態(tài)Mg-(6,9)RY-4Zn合金中，NSR值隨著溫度的升高而增加。
　　擠壓

10、態(tài)Mg-9RY-4Zn合金的超塑性研究表明當(dāng)拉伸溫度為380℃、420℃及450℃，初始應(yīng)變速率為1.7×10-4s-1、1×10-3s-1及1×10-2s-1時(shí)，擠壓態(tài)Mg-9RY-4Zn合金都表現(xiàn)出良好的超塑性變形行為。并且在初始應(yīng)變速率為1×10-2s-1拉伸時(shí)，擠壓態(tài)Mg-9RY-4Zn合金的延伸率都大于200%，這表明擠壓態(tài) Mg-9RY-4Zn合金明具有高應(yīng)變速率超塑性的特征。擠壓態(tài)Mg-9RY-4Zn合金在420℃，初始應(yīng)