Mg-Nd-Zn-Zr合金微觀組織、力學(xué)性能和強化機制的研究.pdf

1、鎂稀土合金因其優(yōu)良的力學(xué)性能，特別是高溫性能引起國內(nèi)外越來越多的重視。以Mg-Gd系合金為代表的鎂重稀土合金因其具有出眾的時效硬化特性和優(yōu)良的耐熱性能成為研究熱門合金；這類合金的室溫和高溫力學(xué)性能雖然良好，但高的稀土含量(>8wt.％)大大的提高了合金的成本，成本的提高勢必阻礙合金的應(yīng)用。本文以Mg-Nd-Zn-Zr鑄造合金(Zr元素作為晶粒細(xì)化劑)為基礎(chǔ)，采用電感耦合等離子直讀光譜儀(ICP)、光學(xué)顯微鏡(OM)、X射線衍射儀(XRD

2、)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)等分析手段，通過硬度、室溫高溫拉伸、室溫壓縮和沖擊、蠕變試驗，分別研究了不同Zn含量和不同Nd含量對鑄造Mg-2.75Nd-xZn-Zr(x=0，0.2，0.5，1.0，2.0)和Mg-yNd-0.2Zn-Zr(y=1.25，1.75，2.25，2.75，3.0，3.25)(wt.％)合金組織與力學(xué)性能的影響，得到優(yōu)化的合金化學(xué)成分配比；重點研究了合金中微量Zn元素對合金塑性變形機制

3、的影響，優(yōu)化后鑄造合金典型時效態(tài)下的析出相、力學(xué)行為和強化機制，以及熱擠壓工藝對合金顯微組織和室溫力學(xué)行為的影響。研究結(jié)果表明： ⑴當(dāng)x=0.2，y=3.0wt.％時，鑄造Mg-yNd-xZn-Zr合金在鑄態(tài)、固溶處理態(tài)和200℃峰值時效態(tài)下具有最佳的室溫強度和延伸率配比，為優(yōu)化的合金成分。該成分鑄造和擠壓合金最佳的室溫屈服強度、抗拉強度與延伸率組合分別為：140MPa-300MPa-11％和314MPa-325MPa-19.3

4、％。 ⑵微量Zn元素(0.2wt.％)可以明顯改善Mg-Nd-Zn-Zr合金在鑄態(tài)、固溶處理態(tài)和200℃峰值時效態(tài)下合金的塑性并提高合金的抗拉強度。通過對比研究固溶處理態(tài)Mg-2.75Nd-Zr(NK-T4)和Mg-2.75Nd-0.2Zn-Zr(NZK-T4)合金室溫原位拉伸(in-situ tensiletest)過程中試樣表面形貌的變化，發(fā)現(xiàn)與NK-T4合金相比，NZK-T4合金塑性的提高很可能是波浪形滑移條紋所對應(yīng)的塑性

5、變形機制的大量開動引起的。對兩種合金5％室溫拉伸變形后的顯微組織觀察表明，除基面滑移外，非基面位錯在NK-T4和NZK-T4兩種合金中都可以觀察到，但NZK-T4合金中非基面位錯的密度更大，特別是在晶界附近；此外，在NZK-T4合金中，或者位錯也可以在某些品粒內(nèi)大量觀察到。 ⑶鑄造Mg-3.0Nd-0.2Zn-Zr(NZ30K)(wt.％)合金250℃下時效0.5～500h，析出相均為B’亞穩(wěn)相，隨著