Mg-Gd-Y-Zn系合金时效析出行为的研究

发布时间：2020-03-23 03:52

【摘要】：课题组设计的EW75(Mg-7Gd-5Y-1Nd-0.5Zr)合金展现了优异的力学性能(抗拉强度450MPa,延伸率5%)。近年来,Mg-rare earth(RE)-Zn系合金中发现长周期(Long Period Stacking Ordered/LPSO)结构相,该相使合金的延伸率提高,塑性增强。于是设计Mg-7Gd-3Y-xNd-1Zn-0.5Zr(x=1、0wt.%)合金,通过均匀化、单级和双级时效等进行组织调控,来实现LPSO结构和β序列多相同时析出,使合金具有优异强度的同时提高延伸率。虽然目前对Mg-RE-Zn系合金组织和性能研究较多,但其时效析出行为还存在争议。本文以此为立题依据,采用扫描和透射电子显微学等技术,研究合金在铸态、均匀化态、单级和双级时效态过程中组织变化和析出相演化。两种铸态合金的组织包含镁基体、网状和块状的共晶相、块状和针状的LPSO结构相。共晶β相(f.c.c.,a=0.74nm),化学组成为(Mg,Zn)3RE;14H-LPSO化学组成为Mg12(RE,Zn)。Nd会抑制14H-LPSO的产生。Nd会降低共晶β相和14H-LPSO结构相的形成温度。经双级均匀化520℃/48h+5 30℃/2h,两种铸态合金过烧。经单级均匀化525C/48h(30℃水淬),两种铸态合金中的β相与14H-LPSO结构相都回溶到基体,只剩点状富Zr/Zn相,对后续单级和双级时效影响不大。研究了单级时效过程中合金的析出行为。经单级均匀化的两种合金在240℃时效,Nd会提高合金的热稳定性。Nd含量为1wt.%的合金经240℃单级时效透射分析结果表明,析出相包含β序列析出相(六角环状有序溶质团簇、之字形GP区、βp'、β'和β1)和γ序列析出相(γ'和14H-LPSO(y))。时效初期析出相为有序溶质团簇、之字形GP区和早期形成的β'。有序溶质团簇和之字形GP区在惯习面{1100}α形成,之字形GP区沿1010α有序堆垛形成β'相。峰时效阶段强化析出相主要为β'和βp'。β'为底心正交结构(b.c.o.),晶格常数a=0.64nm,b=2.22nm,c=0.52nm,以{1120}α为惯习面,与基体完全共格,其结构模型为Mg7RE,空间形貌为凸透镜状。βp'相是β'相的前驱体,其结构有待进一步研究。过时效阶段析出相主要为β'、β1、γ'、14H-LPSO(y)。β1(f.c.c.,a=0.74nm),由(β'相转变而来,以{1010}α为惯习面,与基体不共格,结构模型为Mg3X。γ'是亚稳的LPSO结构相,将会转变成14H-LPSO。γ'与基体完全共格,其堆垛顺序为“ABCA”。该合金优异的热稳定性归功于γ'和14H-LPSO阻碍β'和β1沿[0001]α。的生长,同时也可能与RE低的扩散速率或者β'和β1两相的形貌尺寸因素有关。研究了双级时效过程中合金的析出行为。单级均匀化的两种合金经500℃/2h第一级时效,两种合金的组织主要为晶界上块状β(Mg5(RE,Zn))相和晶内针状14H-LPSO(Mg12(RE,Zn))结构相。Nd含量为1wt.%的合金经500℃C/2h+240℃C第二级时效透射电镜分析结果表明,析出相包含β序列析出相(ββ'、β'、β'F和β1)和γ序列析出相(γ'和14H-LPSO)。时效初期析出相为早期形成的β'。峰时效阶段强化析出相主要为β'、βp'和14H-LPSO。过时效阶段析出相主要为β'、β'F、β1、γ'、14H-LPSO。ββ'、p'、β1、γ'和14H-LPSO的晶体学特征与单级时效的析出相一致。桥接结构β'F相(b.c.o.),晶格常数a=0.64nm,b=1.14nm,c=0.52nm,与基体完全共格,是由β'粗化转变而来,同时也是β1相容易形核的部位。β'F向β1的转变是通过简单的原子替代和结构松弛。经双级长时间时效稀土Nd与Zn在β1和LPSO结构中开始富集。
【图文】：

平行六面体,六方晶,粗线,应用前景

图１．１六方晶胞（粗线为平行六面体）逡逑

晶体结构,指数,六方晶,平行六面体

轴比ｃ／ａ＝１．６３。逡逑■第－层（Ａ）逡逑图１．１六方晶胞（粗线为平行六面体）逡逑１．１．２镁合金的优缺点逡逑自１９２０ｓ开始，镁合金快速发展，，得到广泛关注。其应用前景广阔，潜力巨大，逡逑与其他传统结构材料对比含有以下特点逡逑（１）
【学位授予单位】：北京有色金属研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG146.22

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