中间合金对Mg-RE-Zn合金微观组织与力学性能影响

发布时间：2020-04-29 23:25

【摘要】：长周期堆垛有序结构(LPSO)相增强的Mg-RE-Zn系镁合金具有优越的强度、塑性等综合力学性能及可控的生物抗腐蚀性能,在高性能耐高温变形镁合金及生物医学方面具有广阔的应用前景。然而,铸态Mg-RE-Zn合金中Mg-Gd-Zn合金系LPSO含量较少或几乎不存在,RE多以网状晶界硬脆(Mg,Zn)_3Gd-W相存在;而Mg-Y-Zn合金系中LPSO相组织粗大、分布不均,严重削弱合金的力学性能。本文预先设计制备了Mg-10Al-27Ca和Al-10Sr两种中间合金,采用铜模吸铸法制备出Mg-Y-Zn-(Ca/Al)合金,采用石墨坩埚铸造工艺制备出Mg-Gd-Zn-(Ca/Al)合金和Mg-Gd-Zn-(Al/Sr)合金。利用光学显微镜(OM)、带有能谱(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等仪器对合金的微观组织进行测试和表征。研究了Mg-10Al-27Ca和Al-10Sr两种中间合金分别对Mg-Y-Zn和Mg-Gd-Zn两种不同类型铸态Mg-RE-Zn合金中LPSO相形成的影响规律,进而考察了两类合金在固溶、时效热处理和不同路径、挤压道次下等通道转角挤压大塑性变形过程中?-Mg基体与LPSO相结构转变、形貌、数量、大小和分布等的组织演变规律。研究结果如下:(1)铸态Mg-Y-Zn-(Ca/Al)合金显微组织主要由ɑ-Mg基体相、18R LPSO相(Mg_(12)Y_1Zn_1)和W-Mg_3Zn_3Y_2共晶相组成。随Ca/Al含量增加,出现了(Y,Al)_2Zn_1相和Al_2Y。Ca/Al显著细化铸态合金晶粒尺寸,同时促进铸态合金中18R LPSO相的形成且抑制W共晶相的析出。当加入1.37 wt.%Ca/Al时,合金的抗拉强度和伸长率分别达到247 MPa和7.2%。(2)固溶态Mg-Y-Zn-(Ca/Al)合金中,处于晶界处部分块状18R LPSO相随着时间的延长逐步溶解并以细小层片状14H LPSO相沿晶界向晶内析出。高含量Ca/Al的添加抑制了合金固溶处理过程中14H LPSO相的析出,18R LPSO逐步溶解于?-Mg基体并在晶界处合并长大。基体中(Y,Al)_2Zn_1相发生球化。(3)高温高剪切应力下,MgY_3Zn_1-1.37(Ca/Al)合金晶界上的块状18R-LPSO相彼此分层、扭折或破碎细化。?-Mg基体内析出大量细小弥散分布14H LPSO棒状相。经500℃、20h固溶热处理的B_(C-UD3)四道次挤压态合金的室温拉伸性能性能最高,抗拉强度、屈服强度及伸长率分别达到335MPa、207 MPa和7.4%。(4)铸态Mg-Gd-Zn-(Al/Sr)合金主要由α-Mg相,18R-LPSO相,(Mg,Gd)Al_2相和W-(Mg,Zn)_3Gd相组成。加入少量(Al/Sr)可显著促进合金中18R LPSO相的形成同时促进W共晶相向18R LPSO相的转变,第二相体积分数显著增加且镁基体晶粒得到细化。热处理过程中,相比于其他合金,MgGd_(2.5)Zn_1-0.6(Al/Sr)合金从超饱和α-Mg基体中析出更高密度的细小层状14H LPSO相。高含量(Al/Sr)抑制了14H LPSO相的析出和(Mg,Zn)_3Gd共晶组织的转变。(5)晶粒细化,固溶强化和析出强化以及大量不同形态的LPSO相共同作用,提高了一道次等通道转角挤压时效态MgGd_(2.5)Zn_1-0.6(Al/Sr)合金的力学性能,其抗拉强度和伸长率分别高达UTS为303 MPa,断裂伸长率超过6.7%。
【图文】：

原子堆,密排面,研究进展,排列方式

1-1 不同类型 LPSO 结构堆垛序列示意图 models showing stacking sequence of differ(a) 18R LPSO, (b)14H LPSO.-3 不同类型 LPSO 结构的原子堆垛排列[1tacking sequences of different types of LPSOLPSO 结构中密排面的排列方式ABACABABACBCBCAB ABACBCBCBCABAB ACBCBCBACACACBABAB ABABABCACACACABCBCBCBC Zn 合金的研究进展在Mg-Y-Zn合金中发现并提出18R

路线图,实验技术,路线图

实验技术路线图
【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

【参考文献】