Gd和Y对镁合金孪晶类型及其退火强化的影响

发布时间：2018-03-07 13:09

本文选题：镁合金　切入点：稀土元素　出处：《西安工业大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：镁合金作为目前最轻的金属结构材料,它具有密度低、比强度高和比刚度大,各向异性弱等特点,在航空航天、国防军事以及汽车电子等领域具有广阔的应用前景。但是传统稀土镁合金强度低,严重影响了镁合金的大规模应用。研究表明,稀土镁合金采用变形和退火处理可有效提高强度。本文以Mg-0.3Zr合金为基础,分别添加不同含量的稀土元素Gd和Y,以期通过改善现有Mg-0.3Zr基合金的显微组织,来提高镁合金退火强化效果。利用光学显微镜、带能谱分析的扫描电子显微镜、透射电子显微镜、压缩实验等检测分析技术,研究了不同成分的Mg-0.3Zr基合金固溶处理的显微组织、力学性能以及变形和退火工艺参数对组织和强化效果的的影响。首先研究了固溶处理对合金微观组织和力学性能的影响,揭示了Gd和Y在合金中的偏析作用。其次是分析了稀土元素和变形量对微观组织的影响,并探讨其对孪晶种类和片层厚度作用规律,最后研究了合金的退火强化效果,揭示了预变形量和退火温度造成强化的机理。通过一系列研究,取得如下结论:含有Gd和Y的铸态稀土镁合金中存在着大量的第二相组织,对合金的基体起到了割裂作用,力学性能降低,因此需要采用固溶处理优化微观组织。Y元素的晶粒细化作用明显,而Gd元素的偏析作用较强,固溶过程中的部分第二相难以溶解,形成的Mg5Gd均匀分布在晶界处,产生第二相强化效果。固溶处理后合金的塑性显著提高,强度有所下降。随着稀土元素含量的增加,合金的屈服强度和抗压强度明显提高,但塑性不断降低,这是由于细晶强化和第二相强化的作用所致。在镁合金变形过程中,孪晶的体积分数和片层厚度均与晶粒尺寸和预变形量有关。随着应变量的增加,孪晶体积分数呈线性增长,而孪晶的片层厚度随应变量的增加逐渐减小。稀土含量较高的镁合金,晶粒细化的同时,孪晶的片层厚度降低,孪晶的体积分数减小,合金中的Gd元素较Y元素,更容易增大孪生倾向。镁合金塑性变形过程中,首先优先形核的是{10-12}孪晶,但是随着变形量的增加,{10-12}孪晶的数量反而降低。对于不同稀土添加元素Gd和Y的镁合金由于轴比c/a不同,Gd元素可有效激活{10-11}孪晶,而Y元素却激活了{11-21}孪晶,且在变形过程中Y和Gd相比,具有较强的弱化织构能力。未经预变形的Mg-x Gd-0.3Zr(x=5,10)和Mg-xY-0.3Zr(x=5,10)合金,退火前后,合金的力学性能几乎不变。但是采用预变形的合金产生了明显的退火强化效果。合金分别预压缩变形5%后,采用退火25℃~250℃/5h,不但没有出现退火软化效果,反而是退火强化效果。研究结果显示,随着退火温度和预变形量的逐渐升高,四种合金均表现出相同的退火强化趋势,即先增大后减小。在150℃~200℃取得强化效果的峰值,预变形量为4%~5%时,出现最高退火强化效果。采用原位金相光学显微镜、透射电子显微镜观察发现,退火强化是由于固溶原子析出到位错或者孪晶界附近,对其产生了钉扎或者阻碍作用。由于孪晶界两侧的致密度不同,溶质原子钉扎在孪晶的一侧,致使退火前后合金中的孪晶界发生了明显的弯曲,新生成的孪晶也较小。
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【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG146.22;TG166.4

【参考文献】