長周期有序堆垛增強MG-Zn-Dy合金組織性能研究.pdf

1、日本材料科學(xué)家Y.Kawamura首次成功制備長周期有序堆垛增強Mg97Zn1Y2合金至今，長周期有序堆垛增強鎂合金取得了很大的發(fā)展。但目前對于長周期增強鎂合金仍有存在幾個關(guān)鍵的問題沒有得到解決，比如學(xué)者們對于長周期有序堆垛結(jié)構(gòu)的形成和轉(zhuǎn)變機理、長周期結(jié)構(gòu)的強化機理都進行了研究，但至今沒有還沒有形成統(tǒng)一完整的理論體系;此外對于制備長周期增強鎂合金的制備工藝也不成熟，有待進一步的研究。
　　 本文用常規(guī)鑄造的方式成功制備了含有長周

2、期有序堆垛結(jié)構(gòu)的Mg-Zn(Ni)-Dy系合金，使用光學(xué)顯微鏡、X射線衍射儀、掃描電鏡和透射電鏡等對長周期有序堆垛結(jié)構(gòu)進行了分析，并研究了熱處理和等通道擠壓變形處理對長周期有序堆垛結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律及對合金力學(xué)性能的影響規(guī)律。其研究成果如下:
　　 在Mg-Zn-Dy合金中，當(dāng)Dy/Zn=1時，鑄態(tài)合金中沒有長周期有序堆垛結(jié)構(gòu)（LPSO相）形成;當(dāng)Dy/Zn=2時，鑄態(tài)合金中只有少量長周期有序堆垛結(jié)構(gòu)（LPSO相）形成;當(dāng)Dy/Zn

3、＞2時，鑄態(tài)合金中開始出現(xiàn)大量的長周期有序堆垛結(jié)構(gòu)（LPSO相），而且隨著Zn和Dy原子在Mg-Zn-Dy合金中百分比的增加，合金中長周期有序堆垛結(jié)構(gòu)（LPSO相）的數(shù)量也隨之增加。
　　 Zr的添加抑制了鑄態(tài)Mg-Zn-Dy-Zr合金組織中長周期有序堆垛結(jié)構(gòu)（LPSO相）的形成，同時還改變了LPSO相的形貌。Zr誘發(fā)了鑄態(tài)合金中Mg8ZnDy共晶相的形成，共晶相的晶體結(jié)構(gòu)類型是面心立方。而且鑄態(tài)組織中的LPSO相隨Zr含量的增

4、加而減少，Mg8ZnDy共晶相反而隨之增多。Mg8ZnDy共晶相在固溶處理過程中可以轉(zhuǎn)變成LPSO相。
　　 Zr元素能有效細化鑄態(tài)Mg-Zn-Dy合金的基體晶粒，晶粒尺寸隨Zr含量的增加而逐漸減小。但存在臨界值，即當(dāng)Zr的含量小于0.17at.％時，細化效果明顯，而Zr含量在0.17at.％到0.35at.％時，細化效果逐漸減弱。當(dāng)Zr含量小于0.17at.％時，晶粒細化的主要機制是溶于Mg中的Zr抑制晶粒長大。當(dāng)Zr含量大于

5、0.17at.％時，晶粒細化的主要機制是Zr對鎂合金的異質(zhì)形核作用。
　　 Mg93.83Zn1.5Dy4.5Zr0.17合金中的長周期有序堆垛結(jié)構(gòu)的形貌與分布經(jīng)過不同的處理發(fā)生很大變化，長周期結(jié)構(gòu)（LPSO相）在鑄態(tài)下以塊狀分布在晶界附近，與Mg8ZnDy共晶相連成連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。而固溶處理后出現(xiàn)針狀長周期結(jié)構(gòu)（LPSO相）向晶粒內(nèi)部生長，晶界處塊狀長周期結(jié)構(gòu)(LPSO相)變得粗大。時效處理使得晶界處塊狀長周期結(jié)構(gòu)（LPSO相）

6、減少，而針狀長周期結(jié)構(gòu)（LPSO相）大量增多。合金經(jīng)等通道擠壓后，長周期結(jié)構(gòu)（LPSO相）得到明顯細化并出現(xiàn)大量扭折，分布彌散化。
　　 長周期結(jié)構(gòu)（LPSO相）的存在固然可以提高合金的性能，但是其形貌和分布對合金的力學(xué)性能也起著非常關(guān)鍵的作用。塊狀長周期結(jié)構(gòu)(LPSO相)可以提高合金的塑性，而晶粒內(nèi)針狀相與鎂基體的夾層結(jié)構(gòu)可以提高合金的強度，長周期結(jié)構(gòu)（LPSO相）扭折帶能夠協(xié)調(diào)合金塑性變形從而提高合金塑性，彌散分布的長周期結(jié)

7、構(gòu)（LPSO相）能夠有效阻礙位錯運動，提高合金強度。
　　 在Mg-Ni-Dy合金中可以形成長周期有序堆垛結(jié)構(gòu)。且從組織上看，Mg-Ni-Dy合金的顯微組織比Mg-Zn-Dy合金更細小，且形成的長周期結(jié)構(gòu)（LPSO相）的數(shù)量更多。在鑄態(tài)Mg100-2xNixDyx合金中，隨著Ni和Dy含量的提高，組織中的長周期結(jié)構(gòu)（LPSO相）逐漸增多且基體晶粒尺寸逐漸減小。
　　 Mg100-2xNixDyx合金經(jīng)固溶處理后，長周期有