LPSO相強化MG-Er-Zn系合金組織及性能的研究.pdf

1、鎂合金作為工程應用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，不僅具有密度低這一顯著特點，而且具有比強度高、比剛度高、減震效果好、電磁屏蔽效果好等一系列優(yōu)點，在航空航天、汽車行業(yè)，電子行業(yè)等工業(yè)領(lǐng)域應用廣泛。但是鎂合金的絕對強度低，這一缺點嚴重限制了其在工業(yè)領(lǐng)域的進一步發(fā)展。學者們一直在尋找合適的強化相來增強鎂合金的力學性能，近幾年，LPSO相因其特殊堆垛結(jié)構(gòu)，能夠有效提升合金的力學性能，備受學者關(guān)注。本文采用常規(guī)鑄造方法制備出含有LPSO強化相的Mg-Er

2、-Zn合金，并探索熱處理工藝和添加合金化元素A1對合金中LPSO相的形貌、體積分數(shù)、分布均勻性以及對力學性能的影響規(guī)律。本文采用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜分析儀(EDS)、X射線衍射儀(XRD)和透射電鏡(TEM)等分析測試儀器對合金的微觀形貌、化學成分組成、物相組成、物相分布及原子堆垛方式等進行了觀察和分析，進而探索合金力學性能變化的原因。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用控制Er/Zn原子比的方式，制備出高體積分

3、數(shù)達35％的LPSO相強化的Mg-Er-Zn合金。結(jié)果表明，在原子比Er/Zn=1時，合金中不存在LPSO相;當Er/Zn=1.5時，合金中出現(xiàn)層片狀LPSO相和魚骨狀Mg8Er1Zn1相，呈現(xiàn)網(wǎng)狀分布在晶界處;當Er/Zn=2時，合金中存在少量的LPSO相，在同等原子比狀態(tài)下，合金中LPSO相體積分數(shù)隨著Er、Zn整體含量的增加而增加;當Er/Zn=3時，合金中LPSO相體積分數(shù)達到最大，最高達35％;當Er/Zn=4時，合金中LPS

4、O相出現(xiàn)粗化現(xiàn)象，且體積分數(shù)減少。靜態(tài)拉伸試驗顯示Mg96Er3Zn1合金具有良好的綜合力學性能，其抗拉強度，屈服強度和延伸率都達到最佳，分別為194MPa，154MPa和9.7％，這主要是細晶強化和LPSO相第二相強化的作用。⑵Mg96Er3Zn1合金經(jīng)過最佳固溶處理工藝500℃-12h處理后，合金的硬度值有所增加，增幅不明顯，這主要是由于固溶處理后合金中的晶界處18R-LPSO相部分發(fā)生溶解，溶質(zhì)原子向基體內(nèi)擴散析出14H-LPSO

5、相導致析出強化作用增強的緣故。靜態(tài)拉伸力學性能結(jié)果顯示:Mg96Er3Zn1合金經(jīng)固溶處理后抗拉強度、屈服強度和伸長率分別提高到207MPa、189 MPa和11.2％，分別增加了6.7％、22.7％和1.5％，綜合力學性能得到明顯改善。這主要是因為固溶態(tài)合金組織中產(chǎn)生了較大體積分數(shù)的精細針狀14H-LPSO相，這種相在基體中分布更加均勻彌散，與基體產(chǎn)生更多的夾層結(jié)構(gòu)阻礙位錯的運動，且與基體界面結(jié)合力強于18R-LPSO相與基體界面結(jié)合

6、力，所以，固溶態(tài)較鑄態(tài)合金具有更加優(yōu)異的綜合力學性能。⑶Mg96Er3Zn1合金經(jīng)200℃時效處理出現(xiàn)雙峰時效硬化行為，合金分別在時效8h和時效32h時達到時效硬度峰值，其硬度分別為83.4 HB和82.2 HB。雙峰時效硬化行為的出現(xiàn)是合金中析出相強化和14H-LPSO結(jié)構(gòu)相強化作用共同作用的結(jié)果。在時效8h時合金中析出大量的Mg3Er2Zn3相，體積分數(shù)達到最大，出現(xiàn)第一個時效硬度峰值，隨著時效時間的增加，Mg3Er2Zn3相逐漸溶

7、解，在24h時基本上消失，溶解過程中產(chǎn)生Er、Zn溶質(zhì)原子供給于14H-LPSO相，導致14H-LPSO相體積分數(shù)的增大，在32h時達到最大，出現(xiàn)第二個時效硬度峰值。綜上所述，第一個時效峰值硬度主要是Mg3Er2Zn3相析出強化作用的結(jié)果，第二個時效峰值硬度主要是14H-LPSO特殊結(jié)構(gòu)相強化作用的結(jié)果。⑷Mg96Er3Zn1合金中加入A1后，合金的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，當加入1 at.％Al時，合金形貌由胞狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)槊黠@的花瓣狀樹枝晶

8、形貌，一次枝晶長度達60μm以上，二次枝晶尺寸較細小，并且在晶界處分布有高體積分數(shù)的層片狀LPSO相;加入3 at.％Al時，合金中枝晶變得粗大，晶界減少，分布于晶界處的層片狀LPSO相體積分數(shù)也隨之減少，此外，合金中出現(xiàn)少量樹突狀富鋁相，沿著晶軸呈發(fā)散狀分布;隨著Al加入量的增大，合金中LPSO相體積分數(shù)逐漸減少，樹突狀富鋁相體積分數(shù)逐漸增多，直至Al含量達到7 at.％時，合金中LPSO相消失不見，樹突狀富鋁相體積分數(shù)達到最大，呈現(xiàn)

9、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布在晶界處。力學性能結(jié)果表明，加入1 at.％Al時，合金性能得到提升，硬度值由76.3 HB提高到80.2 HB，抗拉強度達213MPa、屈服強度達182MPa、伸長率達10.1％，主要是因為該合金中含有更高體積分數(shù)的LPSO相;當加入7 at.％Al時，合金的硬度值達84.8 HB，但是抗拉強度、屈服強度、伸長率都有明顯下降，這主要是因為該合金中含有高體積分數(shù)的富鋁相，使得硬度得到提高，但是富鋁相呈現(xiàn)網(wǎng)狀分布在晶界處，割裂