Mg-Nd系高強鎂合金的研究.pdf

1、鎂-稀土系合金是近年來新開發(fā)的變形鎂合金，具有優(yōu)異的耐熱、耐蝕性及較高的力學(xué)性能，成為近期結(jié)構(gòu)材料的研究熱點之一。目前，在變形鎂合金中添加稀土元素主要朝著以下兩個方向發(fā)展：一是改善耐熱性能，二是提高室溫力學(xué)性能。對于后者來說，通過添加稀土元素改變現(xiàn)有商業(yè)鎂合金的強化機制是備受關(guān)注的焦點。本文以Mg-Nd、Mg-Nd-Zr(NK)和Mg-Nd-Sm-Zr(NSK)系合金為主要研究對象，運用光學(xué)金相分析(OM)。掃描電子顯微分析(SEM)，

2、電子束微區(qū)分析(EDAX)，X射線衍射分析(XRD)，等離子耦合光譜(ICP)，透射電子顯微分析(TEM)等多種分析和測試手段，系統(tǒng)研究了不同形變工藝(擠壓、軋制)及熱處理(固溶處理、時效處理)對Mg-Nd、NK及NSK系合金顯微組織和力學(xué)性能的影響，并對稀土元素Nd的作用機理進行了探討。 Mg-Nd、NK及NSK系合金的鑄態(tài)組織皆由α-Mg基體和呈離異共晶形貌的鎂-稀土中間相組成。在Mg-Nd和Mg-Nd-Zr這兩個合金系中，

3、中間相是Mg<,12>Nd，而在Mg-Nd-Sm-Zr四元合金中，分布于晶問的中間相是Mg-Sm三元化合物，采用XRD方法未能鑒別其結(jié)構(gòu)。在三個系列的合金中，隨稀土元素加入量的增加，中間相的百分?jǐn)?shù)逐漸增加，且合金晶粒尺寸逐漸減小。對于Mg-Nd二元合金，隨Nd加入量的增加，晶間相從分散點狀或條狀(N2合金)發(fā)展成連續(xù)網(wǎng)狀(N4合金)。在鑄態(tài)合金中，Zr明顯地細(xì)化了合金晶粒，而擠壓后的熱處理過程中，Zr發(fā)揮了抑制NK系合金薦結(jié)晶晶粒長大的

4、作用。在稀土總添加量相同的情況下，不含Sm的NK410合金中的晶間相的百分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)高于含Sm的NSK221合金。用部分的Sm取代Nd后，合金中晶間中間相的形貌由NK系的連續(xù)分布轉(zhuǎn)變?yōu)镹SK系的鑲嵌或骨骼式斷續(xù)分布。熱擠壓加工后，鎂稀土中間相沿擠壓方向呈纖維或顆粒狀分布。由于擠壓溫度較高。三個系列合金在擠壓過程中都發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶。對擠壓后經(jīng)固溶處理的板材熱軋加工，少量未溶于基體的第二相被破碎成細(xì)小顆粒彌敖分布于晶內(nèi)或晶界，且晶粒沿軋制方向被

5、拉長變形。 本文對三系列變形態(tài)合金時效工藝研究表明，三個合金系的典型成分合金在時效過程(T6處理)中硬度峰值分別出現(xiàn)在：175℃/1h(N2)，225℃/2h(NK409)，250℃/1h(NSK221)．利用TEM及SEM研究了N2、NK407和NSK221合金固溶時效后的顯徽組織。結(jié)果表明，時效組織中出現(xiàn)了帶狀分布的β'和呈針片狀形貌的β相顆粒，顆粒的尺度均在100mm以下。在不含Sm的二元N2合金及三元NK407合金時效態(tài)

6、試樣中，β'相和時效初期析出的β相與基體具有一定的位向關(guān)系，且β'相與基體間具有較好的原子匹配度。 在Mg-Nd系及NSK系合金中，隨Nd或Sm含量增加，各態(tài)下合金強度呈遞增趨勢，而延伸率卻逐漸降低。NK系合金中，隨Zr含量增加，形變及形變熱處理態(tài)下合金強度、延伸率變化情況同上述兩系列合金一致，但鑄態(tài)下合金性能變化趨勢卻相反。 擠壓及軋制加工使鑄態(tài)合金力學(xué)性能得到大幅提高，這主要是由于動態(tài)再結(jié)晶后的細(xì)晶強化及形變后的加工

7、硬化作用。對經(jīng)熱擠壓和熱軋成形的三系列合金，直接時效(T5處理)可以得到形變強化和時效硬化的雙重作用，因此．合金呈現(xiàn)良好的綜合力學(xué)性能。對于Mg-Nd基合金，T5處理是一種簡便而又有效的熱處理工藝方法。與二元Mg-4Nd合金相比，Zr的加入，使NK系合金鑄態(tài)及擠壓熱處理態(tài)試樣強度都有不同程度的提高。用等量Sm取代Nd，使NSK221合金各態(tài)力學(xué)性能較NK410都有不同程度的降低。這主要是Sm在鎂基體中固溶度較大，致使鑄態(tài)及擠壓態(tài)合金中第