热变形对Mg-Zn-Gd-Ca合金显微组织及力学性能的影响

发布时间：2020-08-15 23:13

【摘要】：本文以Mg-4Zn-0.5Ca合金为基体,稀土Gd作为合金化元素,制备出Mg-4Zn-0.5Ca-xGd(x=0,0.5,1,2 wt.%)合金。并对上述合金进行热变形,研究热变形工艺对Mg-Zn-Gd-Ca合金显微组织及力学性能的影响规律。研究结果表明,铸态Mg-4Zn-0.5Ca合金中第二相为层片状MgZn_2相;当加入0.5 wt.%Gd时,第二相变为颗粒状,有I相和W相生成;当Gd含量由1 wt.%变为2 wt.%时,第二相形貌由颗粒状和块状转变为半连续网状,其成分不变,都为I相和W相。均匀化处理之后,Mg-4Zn-0.5Ca合金第二相基本上固溶入基体中,Mg-4Zn-0.5Ca-x Gd(x=0.5,1,2)合金未固溶入基体中第二相为W相。Gd添加量为2 wt.%时,Mg-4Zn-0.5Ca合金获得了最优综合力学性能。Mg-4Zn-2Gd-0.5Ca合金经不同挤压工艺挤压后晶粒尺寸明显细化,都存在动态析出相I相,力学性能显著提高,随着挤压温度、挤压速率和挤压比的提高,动态再结晶(DRX)晶粒和I相的平均尺寸和体积分数逐渐增加,屈服强度(YS)和抗拉强度(UTS)逐渐降低,延伸率(EL)逐渐提高,在挤压温度280℃、挤压速率0.01 mm/s和挤压比25:1时获得了最优综合力学性能,YS、UTS和EL分别为369.79 MPa、400.27 MPa和7.83%。Mg-4Zn-x Gd-0.5Ca(x=0,0.5,1,2)合金挤压后晶粒尺寸明显细化,力学性能显著提高,随着Gd含量的增加,DRX晶粒尺寸和体积分数逐渐降低,动态析出相的平均尺寸和体积分数先增加后降低,织构变强,YS和UTS逐渐提高,EL逐渐降低。Mg-4Zn-2Gd-0.5Ca合金多向锻(MDF)后晶粒尺寸显著细化,力学性能明显改善;当3次锻造后,DRX晶粒尺寸略有长大,DRX体积分数显著提高,强度变化不大,延伸率显著增加;继续增加锻造次数至6次时,DRX晶粒尺寸和体积分数以及强度和延伸率都与3次锻造合金相比变化不大。MDF合金经挤压后,晶粒尺寸进一步细化,YS、UTS和EL同步显著提高。挤压可以明显细化Mg-4Zn-2Gd-0.5Ca合金的晶粒尺寸,实现超细晶组织,但是DRX体积分数较低,导致其强度高,延伸率较低;MDF对晶粒尺寸的细化效果要弱于挤压,但是其可以显著提高DRX体积分数,导致延伸率显著提高,但强度较低;多步变形(MDF+挤压)在细化DRX晶粒的同时提高了DRX体积分数,获得强度和延伸率兼顾的Mg-4Zn-2Gd-0.5Ca合金,进而3FD-ED合金表现出YS、UTS和EL分别为308.84 MPa,333.51 MPa和32.69%的优异综合力学性能。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22

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