Zn/Cu质量比对挤压态Mg-Zn-Cu-Ce合金组织和性能的影响
发布时间：2021-08-27 07:35
研究了Zn/Cu质量比分别为9:1、2:1、1:1、1:1.5、1:2的挤压态Mg-Zn-Cu-Ce合金的组织与性能。采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对合金的显微组织与相结构进行了分析表征,测试了合金的室温、150、175、200℃的力学性能,研究了合金在200℃/50 MPa条件下的蠕变行为。结果表明,合金主要由α-Mg、Mg Zn Cu、Mg2Zn3组成,随着Zn/Cu质量比的减小,合金在晶界处出现灰色Mg2Cu相。挤压态合金的室温抗拉强度和屈服强度随着Zn/Cu质量比的减小先增大后减小,Cu的增加可以提高合金的高温力学性能。室温下挤压态Mg-8Zn-8Cu-Ce（Zn/Cu=1:1）合金的抗拉强度和屈服强度分别为320和290 MPa,在150℃下,抗拉强度仍高于220MPa。Zn/Cu质量比的减小对提高Mg-Zn-Cu-Ce镁合金的蠕变性能非常明显,但Cu超过一定含量时,蠕变性能下降。Mg-8Zn-8Cu-Ce合金蠕变性能最好,稳态蠕变速率为1.21×10-8 s...
【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2017,46(06)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
挤压态Mg-Zn-Cu-Ce合金的光学显微组织
·1670·稀有金属材料与工程第46卷图2挤压Mg-Zn-Cu-Ce合金棒材的SEM照片Fig.2SEMimagesofextrudedMg-Zn-Cu-Cealloysamples:(a)1#alloy,(b)2#alloy,(c)3#alloy,(d)4#alloy,and(e)5#alloy图3挤压Mg-Zn-Cu-Ce合金棒材的XRD图谱Fig.3XRDpatternsofextrudedMg-Zn-Cu-Cealloysamples合金经高温挤压处理后，晶粒明显细化，晶界处大块的共晶组织破碎，并在挤压过程中随着基体运动在晶界处重新结合、分布[9]。但随着Zn/Cu质量比的减小，Cu含量的增加，晶界处含Cu的共晶组织明显增多，并且当Zn/Cu质量比小于1时（4#、5#合金），合金晶界处出现大量Mg2Cu脆性相，在拉伸过程中，裂纹源首先在这些共晶组织处出现，从而导致合金力学性能下降[10]。图4挤压态Mg-Zn-Cu-Ce合金室温力学性能Fig.4MechanicalpropertiesofextrudedMg-Zn-Cu-Cealloysatroomtemperature2.3挤压态合金的热变形特征挤压态合金在150、175、200℃的高温拉伸性能如图5所示。与室温性能相比，抗拉强度和屈服强度明显降低，下降速率一致，没有出现性能恶化的临界点，而延伸率均有大幅度的提高。Cu对Mg-Zn-Cu-Ce合金150℃的高温拉伸性能的影响规律与室温下基本一致，随Zn/Cu质量比减小，抗拉强度和屈服强度先20406080Intensit/ya..u2/(o)a-MgMgZnCuMg2Zn3Mg2Cu1#2#3#4#5#1#2#3#4#5#0100200300400TensilestrengthYieldstrengthElongationtSrength/MPa010203040Elnoagtion%ExtrudedAlloyscdeab20μm20μm20μm20μm20μm
·1672·稀有金属材料与工程第46卷图7挤压1#，3#，5#合金蠕变前后的组织Fig.7SEMmicrographsofextrudedalloys:(a)1#extruded;(b)1#aftercreepat200℃/50MPafor24h;(c)3#aftercreepat200℃/50MPafor100h;(d)5#aftercreepat200℃/50MPafor100h蠕变过程中具有很高的热力学稳定性，在200℃下既不会溶解，也不会粗化，在高温时对基体起到强化作用，提高合金的抗蠕变性能。从图7b中可见，蠕变空洞产生，根据蠕变空洞的形成位置，可以把空洞分为两类，一类是在基体与晶界处第二相界面处产生，另一类分布在晶界处第二相内部。从图中可以看出空洞的尺寸较大，这说明小空洞已经长大或者聚集，1#合金在蠕变阶段后期，空洞得到显著的发展。通常认为，在第二相和基体界面处易产生应力集中，从而在界面处产生蠕变裂纹。实验中还发现在第二相内部产生裂纹（图7b中b2，7d中d1），这与其他学者的研究结果矛盾，可能因为合金中比较粗大的第二相呈片状分布，对位错运动和晶界的滑移产生有效的阻碍作用，位错最终会在这些第二相前聚集，从而产生较大的应力集中，导致在第二相内部产生裂纹[11]。图8为3#合金在200℃/50MPa蠕变条件下蠕变至稳态蠕变阶段，位错受阻于晶界和第二相而呈现位错塞积群的形貌。可见在高温下，晶界和晶界处第二相能有效阻碍蠕变过程中位错的移动，从而提高合金的抗蠕变性能。图8b是位错线发生割阶攀移的位错形貌b1。可见，割阶攀移可能是合金蠕变过程中位错运动的主要方式，但是大部分位错仍与基面平行，位错运动以基面滑移为主[12]。图中每个位错线上存在一些小割阶，表明位错是通过这些小割阶产生攀移。此外，通过TEM观察发现，合金在200℃/50MPa蠕变条件下，还产生了形变孪晶d1（图8d）。这是因为在该蠕变条件下
【参考文献】：
期刊论文
[1]固溶处理对ZC61镁合金显微组织和力学性能的影响[J]. 朱红梅,樊湘芳,罗承萍,刘江文. 南华大学学报(自然科学版). 2012(04)
[2]热处理工艺对ZC63镁合金组织及性能的影响[J]. 冯凯,黄晓锋,张亚楠,马颖,郝远. 材料热处理学报. 2012(06)
[3]铸造ZC62镁合金的时效行为[J]. 李萧,刘江文,罗承萍. 金属学报. 2006(07)
[4]耐热镁合金的研究现状与发展方向[J]. 闫蕴琪,张廷杰,邓炬,周廉. 稀有金属材料与工程. 2004(06)
本文编号：3365946
【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2017,46(06)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
挤压态Mg-Zn-Cu-Ce合金的光学显微组织
·1670·稀有金属材料与工程第46卷图2挤压Mg-Zn-Cu-Ce合金棒材的SEM照片Fig.2SEMimagesofextrudedMg-Zn-Cu-Cealloysamples:(a)1#alloy,(b)2#alloy,(c)3#alloy,(d)4#alloy,and(e)5#alloy图3挤压Mg-Zn-Cu-Ce合金棒材的XRD图谱Fig.3XRDpatternsofextrudedMg-Zn-Cu-Cealloysamples合金经高温挤压处理后，晶粒明显细化，晶界处大块的共晶组织破碎，并在挤压过程中随着基体运动在晶界处重新结合、分布[9]。但随着Zn/Cu质量比的减小，Cu含量的增加，晶界处含Cu的共晶组织明显增多，并且当Zn/Cu质量比小于1时（4#、5#合金），合金晶界处出现大量Mg2Cu脆性相，在拉伸过程中，裂纹源首先在这些共晶组织处出现，从而导致合金力学性能下降[10]。图4挤压态Mg-Zn-Cu-Ce合金室温力学性能Fig.4MechanicalpropertiesofextrudedMg-Zn-Cu-Cealloysatroomtemperature2.3挤压态合金的热变形特征挤压态合金在150、175、200℃的高温拉伸性能如图5所示。与室温性能相比，抗拉强度和屈服强度明显降低，下降速率一致，没有出现性能恶化的临界点，而延伸率均有大幅度的提高。Cu对Mg-Zn-Cu-Ce合金150℃的高温拉伸性能的影响规律与室温下基本一致，随Zn/Cu质量比减小，抗拉强度和屈服强度先20406080Intensit/ya..u2/(o)a-MgMgZnCuMg2Zn3Mg2Cu1#2#3#4#5#1#2#3#4#5#0100200300400TensilestrengthYieldstrengthElongationtSrength/MPa010203040Elnoagtion%ExtrudedAlloyscdeab20μm20μm20μm20μm20μm
·1672·稀有金属材料与工程第46卷图7挤压1#，3#，5#合金蠕变前后的组织Fig.7SEMmicrographsofextrudedalloys:(a)1#extruded;(b)1#aftercreepat200℃/50MPafor24h;(c)3#aftercreepat200℃/50MPafor100h;(d)5#aftercreepat200℃/50MPafor100h蠕变过程中具有很高的热力学稳定性，在200℃下既不会溶解，也不会粗化，在高温时对基体起到强化作用，提高合金的抗蠕变性能。从图7b中可见，蠕变空洞产生，根据蠕变空洞的形成位置，可以把空洞分为两类，一类是在基体与晶界处第二相界面处产生，另一类分布在晶界处第二相内部。从图中可以看出空洞的尺寸较大，这说明小空洞已经长大或者聚集，1#合金在蠕变阶段后期，空洞得到显著的发展。通常认为，在第二相和基体界面处易产生应力集中，从而在界面处产生蠕变裂纹。实验中还发现在第二相内部产生裂纹（图7b中b2，7d中d1），这与其他学者的研究结果矛盾，可能因为合金中比较粗大的第二相呈片状分布，对位错运动和晶界的滑移产生有效的阻碍作用，位错最终会在这些第二相前聚集，从而产生较大的应力集中，导致在第二相内部产生裂纹[11]。图8为3#合金在200℃/50MPa蠕变条件下蠕变至稳态蠕变阶段，位错受阻于晶界和第二相而呈现位错塞积群的形貌。可见在高温下，晶界和晶界处第二相能有效阻碍蠕变过程中位错的移动，从而提高合金的抗蠕变性能。图8b是位错线发生割阶攀移的位错形貌b1。可见，割阶攀移可能是合金蠕变过程中位错运动的主要方式，但是大部分位错仍与基面平行，位错运动以基面滑移为主[12]。图中每个位错线上存在一些小割阶，表明位错是通过这些小割阶产生攀移。此外，通过TEM观察发现，合金在200℃/50MPa蠕变条件下，还产生了形变孪晶d1（图8d）。这是因为在该蠕变条件下
【参考文献】：
期刊论文
[1]固溶处理对ZC61镁合金显微组织和力学性能的影响[J]. 朱红梅,樊湘芳,罗承萍,刘江文. 南华大学学报(自然科学版). 2012(04)
[2]热处理工艺对ZC63镁合金组织及性能的影响[J]. 冯凯,黄晓锋,张亚楠,马颖,郝远. 材料热处理学报. 2012(06)
[3]铸造ZC62镁合金的时效行为[J]. 李萧,刘江文,罗承萍. 金属学报. 2006(07)
[4]耐热镁合金的研究现状与发展方向[J]. 闫蕴琪,张廷杰,邓炬,周廉. 稀有金属材料与工程. 2004(06)
本文编号：3365946
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