Ho对Mg-Y-Zn系合金组织与性能影响的研究

发布时间：2020-03-19 22:22

【摘要】：随着汽车、飞机制造等行业对材料轻量化、功能突出、节能环保的特殊要求,稀土镁合金已成为现代先进金属材料中重要的一员,新系列的稀土镁合金开发将会为镁合金材料的应用推广带来强大动力。目前,含长周期堆垛结构(LPSO)的Mg-RE-Zn系合金由于其出色的力学性能而成为镁合金研究中的热门方向。本文以近年来报道较多的Mg-Y-Zn系合金作为基础,设计了Mg-3Y-2Zn合金,并选择与稀土Y性质较为接近的稀土Ho作为添加元素,研究了Ho对Mg-Y-Zn系合金组织与性能的影响。本文中实验铸态合金采用真空感应熔炼获得,并通过均匀化处理、热轧工艺制备了轧态合金。实验首先对铸态Mg-xHo-3Y-2Zn(x=0,1.5,3,6)合金进行了研究,结果表明随着合金中加入Ho含量增多,铸态合金组织逐渐由枝晶转变为等轴晶。合金的相组成包括α-Mg基体相、X-Mg_(12)Y(Ho)Zn相、少量的W-Mg_3Y(Ho)_2Zn_3相与Mg_(24)Y(Ho)_5相。随着加入更多的Ho,合金中具有长周期堆垛结构(LPSO)的Mg_(12)Y(Ho)Zn相含量逐渐增多,铸态下的Mg-3Y-2Zn和Mg-3Ho-3Y-2Zn合金中的LPSO相均为6H型。合金室温拉伸性能随Ho含量增加,强度有所提升,延伸率先增大后减小。Mg-3Ho-3Y-2Zn合金总体力学性能较好,抗拉强度、屈服强度分别为168.2 MPa、90.4MPa,断裂延伸率为11.0%。高温拉伸中,Ho含量较高时,Mg-xHo-3Y-2Zn(x=3,6)具有与室温拉伸时相当的强度值,高温拉伸强度较好。铸态合金中,Mg-6Ho-3Y-2Zn的耐蚀性较好,而Mg-3Ho-3Y-2Zn的耐蚀性较差。通过对轧制合金Mg-xHo-3Y-2Zn(x=0,1.5,3,6)的研究发现,轧态合金里的LPSO相结构类型发生了转变,其中Mg-3Ho-3Y-2Zn合金中同时具有18R型与14H型两类LPSO相。随着合金中加入Ho含量增多,Mg-xHo-3Y-2Zn室温拉伸强度有先增大后减小的趋势,延伸率逐渐下降,而高温拉伸强度逐渐增大,断裂延伸率却呈下降趋势。轧态合金中,Mg-6Ho-3Y-2Zn的耐蚀性较好,而Mg-3Ho-3Y-2Zn的耐蚀性较差。为进一步了解Ho对于Mg-Y-Zn系合金组织、性能的影响,设计了Mg-1.5Ho-1.5Y-1Zn、Mg-6Y-2Zn两种合金,并将它们与具有良好性能的Mg-3Ho-3Y-2Zn合金进行了对比研究。结果表明,铸态Mg-1.5Ho-1.5Y-1Zn合金组织以枝晶为主,随着合金中稀土Ho、Y与Zn元素整体含量增加,使合金转变为等轴晶,也使Mg-3Ho-3Y-2Zn中LPSO含量增多。在铸态和轧态下Mg-3Ho-3Y-2Zn合金都拥有比Mg-1.5Ho-1.5Y-1Zn更好的室温、高温拉伸性能。而随着3 wt.%的Y被Ho所替代,合金中的LPSO含量减少,铸态与轧态下的Mg-3Ho-3Y-2Zn合金也同样拥有比Mg-6Y-2Zn更好的室温、高温拉伸性能。
【图文】：

柱状图,延伸率,柱状图,抗拉强度

图 1.1 部分 Mg-Al 系高强合金的抗拉强度与延伸率柱状图1.1.3 镁合金塑性变形理论变形镁合金在性能上相较于铸态时有着明显提升，因此塑性变形对镁合金研究与应用有着重要意义。密排六方（HCP）是镁合金中常见的晶体结构[9]，有着低的结构对称性，其轴比c/a 为 1.623（接近理想密排时 c/a=1.633），在室温下滑移系少，因此塑性变形较困难。轴比 c/a 是合金晶面上原子密排情况的反映，冶炼时加入 Li、In、Ag 等能降低其比值，，从而激活{ 101 0} 1120 方向的棱柱面滑移，使合金在较低温能具有良好延展性。低温 498 K 以下，多晶体镁合金塑性变形方式主要有基面 {0002} 1120 方向的滑移和锥面{ 101 2} 1011 方向的孪生两种[23]。在合金中若应力平行基面则产生压缩孪生变形

金属轧制,稀土镁合金

?c/a 值的 HCP 金属轧制态织构模拟图：(a) c/a ≈ 1.633；(b) c/a>1.633；(c) c/a < 1.633图 1.3 镁合金中的主要滑移系示意图1.2 稀土镁合金的研究概述稀土镁合金在性能上有着很大差异，自 20 世纪以来，国内外的学者们便展开了对 Mg 与 Re 相图的研究工作[28]。图 1.4 与图 1.5 分别为 Mg-Ho、Mg-Y 合金的二元
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22

【参考文献】