热处理对Mg-Zn-Mn-Gd合金显微组织和力学性能的影响
发布时间：2021-11-10 13:01
采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和透射电镜（TEM）等方法研究了挤压前固溶处理对Mg-6Zn-1Mn-1.0Gd （ZMG611）合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:铸态ZMG611合金中的第二相主要为Mg3Zn6Gd （I相）和α-Mg固溶体,I相具有较高的热稳定性,相变温度大约为450℃;挤压前对合金进行固溶处理,部分第二相溶入基体,残留在基体上的第二相在挤压过程中被挤碎,呈细小的颗粒状弥撒分布在基体上,促进了挤压过程中的动态再结晶;经过时效处理后,挤压前固溶处理的合金表现出了良好的力学性能。
【文章来源】：材料热处理学报. 2020,41(09)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
铸态ZMG611合金的光学显微组织
图8为S样品和H样品在峰时效条件下的室温拉伸力学性能。从图8中可以看到,S样品表现出更高的强度,抗拉强度和屈服强度分别为357 MPa和286 MPa,同时还保持了12.7%的较高伸长率。和H样品相比,S样品在峰时效下抗拉强度和屈服强度分别提高了45 MPa和15 MPa。通常来说,细晶强化、第二相强化在提高镁合金强度方面扮演了重要的作用[17]。晶粒细化可以显著的提高镁合金的强度,特别是屈服强度。通过Hall-Petch公式[18]可以知道,晶粒尺寸越小,屈服强度越高。前面已经提到,时效态S样品和H样品的平均晶粒尺寸分别为4.7 μm 和6.8 μm,所以S样品的细晶强化效果更好。
为了确定铸态ZMG611合金的物相组成,对合金进行了XRD衍射分析,结果如图2(a)所示。从图中可以看到,铸态ZMG611合金的物相主要包括Mg3Zn6Gd (I相) 和 α-Mg 固溶体。值得注意的是在XRD中没有检测到Mg7Zn3相的衍射峰,结合电负性差值越大化合物越容易形成的原理,Mg, Zn 和Gd 的电负性分别分别为1.31, 1.65 和 1.20,所以Zn和Gd的结合力更强,从而在凝固过程中I 相首先形成,消耗Zn元素,导致Mg7Zn3相显著减少。为了进一步确定铸态合金的物相和物相的转变温度,对铸态ZMG611合金进行了差示扫描量热法分析(DSC),结果如图2(b)所示。图中观察到了2个吸热峰,一个大约为630 ℃,另一个约为450 ℃。结合之前的物相分析,可以确定630 ℃为基体熔化的温度,基体在熔化的过程中会吸收热量,所以热流量降低。而450 ℃则对应的是Mg3Zn6Gd (I相)的相变温度,表明I相具有较高的热稳定性。在DSC曲线中没有观察到明显的Mg7Zn3对应的吸热峰,和XRD检测结果一致。为了研究挤压前固溶处理对ZMG611合金显微组织的影响,对铸态合金进行了固溶处理;同时,作为对比试验,对铸态合金也进行了均匀化处理。图3(a)和3(b)为分别为H样品和S样品的光学显微组织(OM)图片。从图3中可以看到,对于H样品来说,均匀化处理后仍然可以看到明显的枝晶,组织和铸态差别不大。因为Gd原子在基体中的扩散速度很慢,短时间的保温不能使Gd原子充分扩散,均匀化的目的是使Zn原子能够得到充分扩散;而S样品经过固溶处理后,枝晶基本得到消除,大部分第二相溶入基体,形成过饱和固溶体,只有少量第二相残留在基体上。
本文编号：3487304
【文章来源】：材料热处理学报. 2020,41(09)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
铸态ZMG611合金的光学显微组织
图8为S样品和H样品在峰时效条件下的室温拉伸力学性能。从图8中可以看到,S样品表现出更高的强度,抗拉强度和屈服强度分别为357 MPa和286 MPa,同时还保持了12.7%的较高伸长率。和H样品相比,S样品在峰时效下抗拉强度和屈服强度分别提高了45 MPa和15 MPa。通常来说,细晶强化、第二相强化在提高镁合金强度方面扮演了重要的作用[17]。晶粒细化可以显著的提高镁合金的强度,特别是屈服强度。通过Hall-Petch公式[18]可以知道,晶粒尺寸越小,屈服强度越高。前面已经提到,时效态S样品和H样品的平均晶粒尺寸分别为4.7 μm 和6.8 μm,所以S样品的细晶强化效果更好。
为了确定铸态ZMG611合金的物相组成,对合金进行了XRD衍射分析,结果如图2(a)所示。从图中可以看到,铸态ZMG611合金的物相主要包括Mg3Zn6Gd (I相) 和 α-Mg 固溶体。值得注意的是在XRD中没有检测到Mg7Zn3相的衍射峰,结合电负性差值越大化合物越容易形成的原理,Mg, Zn 和Gd 的电负性分别分别为1.31, 1.65 和 1.20,所以Zn和Gd的结合力更强,从而在凝固过程中I 相首先形成,消耗Zn元素,导致Mg7Zn3相显著减少。为了进一步确定铸态合金的物相和物相的转变温度,对铸态ZMG611合金进行了差示扫描量热法分析(DSC),结果如图2(b)所示。图中观察到了2个吸热峰,一个大约为630 ℃,另一个约为450 ℃。结合之前的物相分析,可以确定630 ℃为基体熔化的温度,基体在熔化的过程中会吸收热量,所以热流量降低。而450 ℃则对应的是Mg3Zn6Gd (I相)的相变温度,表明I相具有较高的热稳定性。在DSC曲线中没有观察到明显的Mg7Zn3对应的吸热峰,和XRD检测结果一致。为了研究挤压前固溶处理对ZMG611合金显微组织的影响,对铸态合金进行了固溶处理;同时,作为对比试验,对铸态合金也进行了均匀化处理。图3(a)和3(b)为分别为H样品和S样品的光学显微组织(OM)图片。从图3中可以看到,对于H样品来说,均匀化处理后仍然可以看到明显的枝晶,组织和铸态差别不大。因为Gd原子在基体中的扩散速度很慢,短时间的保温不能使Gd原子充分扩散,均匀化的目的是使Zn原子能够得到充分扩散;而S样品经过固溶处理后,枝晶基本得到消除,大部分第二相溶入基体,形成过饱和固溶体,只有少量第二相残留在基体上。
本文编号：3487304
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