含稀土鎂合金細(xì)晶化、塑性變形再結(jié)晶、時(shí)效脫溶及焊接性研究.pdf

1、含稀土元素的鎂合金具有鑄造性能佳，塑性變形潛力大，比強(qiáng)度高，力學(xué)性能優(yōu)良等諸多優(yōu)點(diǎn)。作者以Mg-Al-Zn(AZ31、AZ61、AZ91)、ZK60、Mg-0.5％Zn-0.5％Zr 系列為基礎(chǔ)合金，進(jìn)行稀土合金化研究，用 X 射線衍射和掃描電子顯微分析方法對(duì)含稀土元素的合金進(jìn)行了物相鑒定，用稀土元素和鋯對(duì)試驗(yàn)合金鑄錠進(jìn)行細(xì)晶化處理，在熱/力模擬試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)含稀土元素的鎂合金進(jìn)行了軋制、擠壓塑性變形，對(duì)變形后的合金進(jìn)行了時(shí)效強(qiáng)化研究

2、以及電弧焊焊接性試驗(yàn)。利用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡以及透射電子顯微鏡對(duì)試驗(yàn)合金在鑄態(tài)、塑性變形過程狀態(tài)以及熱處理前后的微觀組織進(jìn)行了觀察和分析。 1、添加稀土元素的鎂及鎂合金除了基體相α(Mg)和Mg-Al-Zn合金中的Mg<,17>Al<,12>相、Mg-Zn-Zr 中的MgZn等相外，還有稀土元素與鎂、鋅生成的稀土化合物，這些中間相在鑄態(tài)時(shí)主要分布在晶界，擠壓變形后沿著擠壓方向分布；加入稀土Ce可以明顯細(xì)化AZ31合金鑄態(tài)

3、晶粒，加入 Nd、Y 分別細(xì)化了Mg-0.5％Zn-0.5％Zr合金和ZK60合金鑄態(tài)晶粒。作者認(rèn)為鎂合金凝固過程中，受凝固時(shí)擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)條件限制，稀土元素在固/液界面前沿富集，增大了合金的成分過冷，使樹枝晶的生長(zhǎng)更發(fā)達(dá)，二次枝晶增多，枝晶間距減小，晶粒細(xì)化。凝固過程中溶質(zhì)再分配造成固/液界面前沿成分過冷度增大是稀土元素細(xì)化鎂合金的主要機(jī)理。 2、軋制變形使含稀土的Mg-Al-Zn-Ce 合金產(chǎn)生了明顯的加工硬化，提高了合金強(qiáng)度，

4、軋制變形時(shí)被破碎的β相和Al<,4>Ce稀土相是強(qiáng)化合金的主要原因；Mg-Al-Zn-Ce 合金在熱塑性變形時(shí)有多種變形機(jī)制共同作用，大尺寸晶粒產(chǎn)生位錯(cuò)滑移和晶體孿生，小尺寸晶粒產(chǎn)生晶界滑動(dòng)協(xié)調(diào)大尺寸晶粒的變形，適量Ce的加入有助于在熱軋變形過程中產(chǎn)生大量的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶小尺寸晶粒，更有效地提高了含稀土鎂合金的塑性變形能力。 3、含1.0％Ce的AZ31、AZ61、AZ91合金在673K溫度下的變形激活能均比不含Ce的AZ31、AZ

5、61、AZ91合金低，使得合金在673K溫度下的塑性變形能力增加，因而有利于合金的塑性變形；在Mg-0.5％Zn-0.5％Zr合金中添加稀土元素Nd和Y、在ZK60合金中添加稀土元素Y后，形成的含稀土化合物在鎂合金基體中彌散分布，阻礙合金塑性變形過程中的位錯(cuò)滑移，使位錯(cuò)發(fā)生交滑移和攀移所需能量提高，從而提高了合金發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的溫度。 4、Mg-0.5％Zn-0.5％Zr-2.2％Nd-4.0％Y 合金有良好的擠壓變形能力和熱處

6、理強(qiáng)化能力，擠壓后T5處理態(tài)的室溫力學(xué)性能為：σ<,b>=293.5MPa，σ<,0.2>=281.2MPa，δ=11％；高溫瞬時(shí)拉伸力學(xué)性能250℃為σ<,b>=228.78MPa，δ=14.8％；330℃為σ<,b>=211.2MPa，δ=16.4％。作者的研究工作表明，Mg-0.5％Zn-0.5％Zr-2.2％Nd-4.0％Y 合金具有良好的室溫和高溫綜合力學(xué)性能。 5、含稀土的鎂合金淬火獲得鎂基過飽和固溶體，在時(shí)效脫溶時(shí)

7、，Mg-Al-Zn 系合金直接析出Mg<,17>Al<,12>平衡相，Mg<,17>Al<,12>相脫溶以兩種方式進(jìn)行，即晶內(nèi)連續(xù)脫溶和晶界不連續(xù)脫溶。含稀土的ZK60合金脫溶過程存在預(yù)脫溶階段，在150℃時(shí)效時(shí)，先析出 MgZn′(β′)過渡亞穩(wěn)相，ZK60 合金的時(shí)效強(qiáng)化主要來源于過渡相β′對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用，稀土元素Nd、Y對(duì)ZK60合金晶粒的細(xì)化有利于提高合金中β′相的析出密度，使合金的強(qiáng)化值增大。ZK60-RE 合金在150

8、℃時(shí)效時(shí)的脫溶過程為：SSSS →β′→β(平衡相)，Mg-0.5％Zn-0.5％Zr-2.2％Nd-4.0％Y合金在200℃時(shí)效時(shí)的脫溶過程為：SSSS→β″→β′→β(平衡相)。 6、GTAW 焊接試驗(yàn)表明，AZ31、AZ61Ce合金焊縫金屬熔池邊緣區(qū)域依托母材未熔晶粒形核、長(zhǎng)大，即聯(lián)生生長(zhǎng)；稀土Ce能改善AZ31、AZ61 合金焊接接頭強(qiáng)度及提高焊接接頭有效系數(shù)，Ce改善Mg-Al-Zn合金焊接性的原因是由于Ce與Al形成