热处理过程中Mg-8Gd-3Y-1Nd-0.5Zr合金的组织演变及性能

发布时间：2019-09-18 18:47

【摘要】：采用透射电镜、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射及力学性能等测试手段,研究热处理工艺对水冷铸造的Mg-8Gd-3Y-1Nd-0.5Zr(质量分数)合金显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。合金铸态显微组织由α-Mg、Mg(Gd,Y)相、富Zr小颗粒相和β-Mg_(24)Y_5网状共晶组成。在520℃固溶24 h后,合金中共晶相固溶进基体,固溶演变过程为α-Mg+β-Mg_(24)Y_5相+Mg(Gd,Y)→过饱和α-Mg固溶体+Mg(Gd,Y)相。225℃时效,合金的析出序列为Mg(S.S.S.S)→β″(DO19)→β′(CBCO)→β_1(FCC)→β(FCC),时效24 h达到峰时效态,合金的室温抗拉强度达到231MPa,伸长率为3.4%。时效处理能提高合金耐腐蚀性能,225℃时效72 h时合金析出稳定β(FCC)相,平均析氢速率最小,为0.22 mL/(cm~2·h),合金的耐腐蚀性能最强。
【图文】：

eoreticalmassfraction%Measuredmassfraction/%Gd8.08.2Y3.03.1Nd1.00.9Zr0.50.4Impurity＜0.1＜0.1MgBal.Bal.同一高度取样进行固溶处理，，保证试样的冷却条件和成分保持一致。在箱式电阻炉内进行固溶处理时，表面涂抹覆盖剂以防止样品氧化和燃烧。确定固溶工艺时，先从铸锭上取样进行DSC分析(见图1)。由图1可以看出，545℃以后合金析出相开始熔解，说明固溶温度不能超过545℃。保温时间选择工业上能接受的2~30h作为尝试区间。根据以上所述，采用尝试法研究合金最佳固溶处理工艺，固溶温度选择为500、图1Mg-8Gd-3Y-1Nd-0.5Zr铸态合金样品DSC曲线Fig.1DSCcurvesofMg-8Gd-3Y-1Nd-0.5Zralloyascastsamples(heatingrateof10K/min)510、520℃；保温时间选择为12、18和24h，保温结束后用常温水进行淬火。试样时效处理在箱式电阻炉内进行，表面涂抹覆盖剂以防止样品氧化和燃烧。时效温度为225℃，时效时间为1~96h，空冷。用D/max-rA型转靶X射线衍射仪(XRD)对试验样品进行物相分析；用FEIQUANTA-200型扫描电镜(SEM)及其所具备的能谱分析(EDAX)功能对试验样品进行显微组织观察和微区成分半定量分析；用TitanG260-300withimagecorrector图像球差校正场发射透射电镜和对样品进行观察与分析，样品制备为机械预减薄后用电解双喷穿孔，电解液为4.5%(质量分数)的高氯酸酒精溶液，双喷加载电压为50V，双喷温度为-30℃；用HB-3000B型布氏硬度计对试验样品进行硬度分析，硬度样品尺寸30mm×20mm×15mm，上下表面用金相砂纸打磨光滑，在上表面距离两边缘5mm处取4个点，样品中央取1点，共计5点做硬度实验，以防止相互干扰，载荷为2450N，保压时间30s，5个点去掉最高最低值后取平均值；常温拉伸试样尺寸依照GB-T228.1-2010设计，?

中国有色金属学报2017年9月1796Mg-RE相为β-Mg24Y5。研究表明，β-Mg24Y5相中的Y原子可以被Gd和Nd等原子取代[12]，故该相中Gd、Nd元素含量较高。C相分布在基体与B相附近，呈明显方块状，其中的Gd和Y的含量高于Mg元素的含量，结合能谱和XRD分析，为游离的稀土元素固溶体相(α-RE、Mg(Gd,Y))，在铸态组织中数量不多。D相经检测为富锆粒子，富锆粒子的这种分布有利于细化镁合金铸锭的晶粒尺寸[17]，由扫描照片可以看出，实验中的Mg-8Gd-3Y-1Nd-0.5Zr合金的晶粒尺寸＜100μm，一般Mg-Gd-Y合金的晶粒尺寸约为1000μm[18]，符合添加Zr元素的规律。2.2固溶处理对合金显微组织及力学性能的影响2.2.1固溶处理对合金显微组织的影响图4所示为Mg-8Gd-3Y-1Nd-0.5Zr合金进行不同图2Mg-8Gd-3Y-1Nd-0.5Zr铸态合金的SEM像Fig.2SEMimageofas-castMg-8Gd-3Y-1Nd-0.5Zralloy:(a)SEMimage;(b)PositionofEDSspectra表2Mg-8Gd-3Y-1Nd-0.5Zr合金第二相粒子成分分析Table2CompositionmeasurementsofsecondphaseparticlesinMg-8Gd-3Y-1Nd-0.5ZralloysshowninFig.2SampleElementcontent,w/%No.GdYNdZrMgPhaseA10.086.222.85-80.85α-MgB19.4912.188.55-59.78β-Mg24Y5C32.3345.47--22.20Mg(Gd,Y)D1.43--79.2019.37Richal-Zr图3Mg-8Gd-3Y-1Nd-0.5Zr合金铸态和520℃、24h固溶处理的XRD谱Fig.3XRDpatternsofMg-8Gd-3Y-1Nd-0.5Zralloy:(a)As-cast;(b)Solution-treatedat520℃for24h图4铸态组织在500、510、520℃下保温24h后的SEM像Fig.4SEMimagesofMg-8Gd-3Y-1Nd-0.5Zralloyat500℃(a),510℃(b)and520℃(c)for24h
【作者单位】： 中南大学材料科学与工程学院;
【基金】：湖南省科技计划项目(2015JC3004) 湖南省自然科学基金项目(2016JJ2147)~~
【分类号】：TG146.22;TG166.4

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