外文翻譯-稀土元素對鎂合金的影響（譯文）

1、中文 中文 4655 字出處： 出處：Journal of Alloys and Compounds 481 (2009) 379–384《合金及其化合物雜志》 《合金及其化合物雜志》稀土元素 稀土元素 Gd Gd、Y 對鎂合金的固溶處理的影響 對鎂合金的固溶處理的影響L Gao, RS Chen, EH Han摘要： 摘要：本研究探討了 My-Gd-Y 三元合金和 Mg-Gd、Mg-Y 二元合金的固溶強(qiáng)化作用。研究發(fā)現(xiàn)固溶體中的屈服強(qiáng)

2、度取決于 Gd、Y 元素的濃度，簡化分析后得出在 Mg-Gd-Y 三元相圖中可以準(zhǔn)確預(yù)測出三元的固溶強(qiáng)度。相比于 Al 與 Zn 元 素，在固溶處理中 Gd、Y 元素可以對提高強(qiáng)度有更大的作用。此外，原子原始尺寸、模型缺陷系數(shù)以及空位效應(yīng)都可以提高強(qiáng)度。簡介 簡介 由于鎂合金是結(jié)構(gòu)合金中最輕的，它應(yīng)用有巨大的潛力。然而相對于鋁合金，鎂合金的延伸率的限制，它的強(qiáng)度還是相對較低。為了改善其機(jī)械性能，鎂稀土合金得到了極大的關(guān)注，因?yàn)殒V稀土合金

3、無論室溫還是更高的溫度都有較高的強(qiáng)度及其杰出的抗蠕變能力。在所有鎂稀土合金中，Mg-Gd-Y 合金是最有希望的新型鎂基時(shí)效強(qiáng)化合金的候選。通常在鎂合金中加入稀土元素提高強(qiáng) 度主要依據(jù)于兩種強(qiáng)化機(jī)制，分別是析出硬化和固溶強(qiáng)化。在 Mg-Gd-Y 合金中結(jié)構(gòu)、沉淀階段的心態(tài)，沉淀順序都相對容易得到，然而其固溶強(qiáng)化機(jī)理到現(xiàn)在還沒有解釋清楚。前人的工作指明 Y 元素的加入明顯提高了固溶強(qiáng)度相比于 Zn、Al 元素。本研究意在探索 Mg–Gd,、

4、Mg–Y 二元固溶合金及 Mg–Gd–Y 三元固溶合金的強(qiáng)度，并且分別研究 Gd、Y 元素的固溶強(qiáng)度作用，繼而預(yù)測三元合金的強(qiáng)度，同時(shí)也對條件變化對強(qiáng)度的影響進(jìn)行探索。實(shí)驗(yàn)介紹：本研究對于 Mg–Gd、Mg–Y 二元合金及 Mg–Gd–Y 三元合金進(jìn)行探索，前期準(zhǔn)備了高純度的 Mg(99.97%)、Mg–25Gd (wt.%),、Mg–25Y (wt.%) ，主要元素通過加入到 780°C 的電阻爐中在抗氧化氣體的保護(hù)下熔

5、煉。熔體被澆筑到事先加熱到 200–300°C 的直徑 100mm 的鋼磨具中，其中的 化學(xué)成分通過電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀進(jìn)行分析。對合金進(jìn)行溫度在535–540°C 時(shí)間為 1.5–9 h 的固溶處理，隨后放入溫度為 70°C 的溫水中淬 火。實(shí)驗(yàn)根據(jù) Mg–Gd、Mg–Y 二元相圖及 Mg–Gd–Y 三元相圖計(jì)算出第二相最 大限度的溶解在鎂合金中，從而選出最好的固溶處理?xiàng)l件。拉伸測試于室溫下、晶粒度

6、 1.0× 10?3s?1 的情況下拉伸。平面拉伸，使 用長度為 25mm、橫截面為 3×6mm2 的試樣，三個(gè)試樣都進(jìn)行以上測試，確保所得數(shù)據(jù)的再現(xiàn)性。硬度測試使用布氏硬度載重 500g，持續(xù)時(shí)間 15s，每個(gè)試樣測試不少于 10次。硬度測試與拉伸測試在淬火后數(shù)小時(shí)內(nèi)進(jìn)行。試樣在進(jìn)行機(jī)械拋光前，先用 5%的硝酸腐蝕，隨后進(jìn)行電鏡觀察。通過直 線截距法， （方程式 d=1.74l）測量平均晶粒大小，l 通過電鏡觀察得

7、出。對于每一種合金含有不同的 Gd 含量電鏡觀察時(shí)鏡頭內(nèi)都需包含至少 300 個(gè)晶界。研究結(jié)果：對于 Mg–Y 二元合金的研究已經(jīng)發(fā)表在之前的論文中，總結(jié)如下。對于 Mg–Y 單相屈服強(qiáng)度依賴于濃度，c 代表了溶質(zhì)原子的濃度，n=1\2 或 2\3。然而，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) Y 元素可以極大的提高固溶強(qiáng)度相比于 Zn 和 Al 元 素，實(shí)驗(yàn)基于同樣的原子大小和相同的磨具。為了更好的理解這個(gè)現(xiàn)象，本實(shí)σy0+ ZLGε4/3Fc2/3。σy0 是純

8、鎂的屈服應(yīng)力，G 是剪切模量，εF 和εL 是 結(jié)合原子尺寸及非常規(guī)的剪切模量得到的參數(shù)，c 是固溶原子的濃度。兩個(gè)等式都表達(dá)著同一個(gè)簡單的關(guān)系σ∝ c 的 n 次。對于現(xiàn)在的 Mg–Gd 合金存在著這 個(gè)關(guān)系，來自于糾正過的極限強(qiáng)度和固溶原子的濃度的二分之一以及二分之三的能量，這個(gè)關(guān)系在表格 6 中。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)屈服強(qiáng)度與固溶原子的濃度的二分之 一或三分之二的能量成比例。這個(gè)發(fā)現(xiàn)與 Mg–Al 合金的相似，同樣也相似于Mg–Y 二元合金元

9、金。對于沒有固溶原子的純金屬，比如純鎂其實(shí)際的屈服強(qiáng)度被推測為 19MP 和 27MPa 平均得到純金屬的屈服強(qiáng)度為 23MPa，另外的一個(gè)得 到的結(jié)果 dσ/dcn，表示各種條件下的強(qiáng)度比。對于三元合金3.2 3.2、Mg Mg–Gd Gd–Y 三元合金的固溶強(qiáng)化作用 三元合金的固溶強(qiáng)化作用作為 Mg–Gd 和 Mg–Y 二元合金的固溶強(qiáng)化已經(jīng)得到了很好的研究，現(xiàn)在試圖尋找出三元合金的固溶強(qiáng)化模型。Mg–Gd–Y 三元合金有三種化學(xué)成

10、分，在經(jīng)過固溶處理后得到相應(yīng)的平均晶粒尺寸展示在表格 2 中。經(jīng)過固溶處理后的硬度和拉伸試驗(yàn)結(jié)果分別表示在圖 2 和 7 中。應(yīng)當(dāng)注意到，三元合金的硬度數(shù)據(jù)是 Gd、 Y 元素在合金中的功能的總和，并且與公式（1）相吻合，如圖. 2。 在多組分合金的情況下，一些模型已經(jīng)提出確定的加強(qiáng)效果，由于一些合金元素的溶解。來自于物理假設(shè)和數(shù)學(xué)建模中得到的模型，這些結(jié)果有相當(dāng)大的差異。主要涉及兩點(diǎn)：1、不同的溶質(zhì)原子之間的相互作用，可以導(dǎo)致補(bǔ)充硬化

11、或 軟化。2、障礙的力量，在不同類型的溶質(zhì)原子在強(qiáng)或弱的阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。對于三元合金 Gd 和 Y 原子有幾乎相同的阻礙作用（類似于加強(qiáng)利 Mg–Gd 和 Mg–Y 二元合金的強(qiáng)化率） 。假設(shè)如果 Gd、Y 原子在一起沒有相互作用，強(qiáng)化作用是由于三元合金中的多元添加合金，它可以通過 Gypen and Deruyttere 驗(yàn)證。他的方法被發(fā)現(xiàn)可以試用用預(yù)測固溶合金的屈服強(qiáng)度，用在對鎳基合金的商業(yè)和實(shí)驗(yàn)的一系列驗(yàn)證上。三元合金固溶處

12、理后的強(qiáng)度極限如下：σ 0.2 = σ pure+ (kGd1/ncGd+ kY1/ncY)n，其中σ 0.2 味屈服強(qiáng)度，σ pure 是純鎂的屈服強(qiáng)度。如果以上方法有效，它應(yīng)該可以被用來預(yù)測三元合金的固溶強(qiáng)化作用，根據(jù)以前的二元合 金強(qiáng)化數(shù)據(jù)。如圖 8 為計(jì)算出的強(qiáng)度與實(shí)驗(yàn)得出的強(qiáng)度的對比。為了進(jìn)一步驗(yàn)證方程5、6 的可靠性，這些數(shù)據(jù)應(yīng)該還包括先前的硬度數(shù)據(jù)和經(jīng)過固溶強(qiáng)化后的三元 合金的屈服強(qiáng)度。經(jīng)過(Hv ? 10)/0.51 糾

13、正后的硬度才是有價(jià)值的強(qiáng)度數(shù)據(jù)。 硬度和屈服強(qiáng)度之間的關(guān)系是由對二元合金 Mg-Gd 做實(shí)驗(yàn)后得到的。由于每個(gè)材料的加工過程不同，導(dǎo)致每個(gè)合金的原子尺寸不同，進(jìn)而導(dǎo)致強(qiáng)度不同，它 們根據(jù)等式 2 已經(jīng)糾正過。對三個(gè)合金的研究細(xì)節(jié)列于表格 2 中。如圖 8 和表格 2，得到了令人滿意的預(yù)測結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在誤差的范圍內(nèi)從最低 2.9%到最 大 9.5%。這一發(fā)現(xiàn)與其他單晶鎂的的固溶強(qiáng)化分析一致。它們之間的現(xiàn)象表明 我們能夠成功的預(yù)測出 Mg

14、–Gd–Y 三元合金的固溶強(qiáng)化作用。4、討論 、討論學(xué)術(shù)界廣泛認(rèn)同，合金的固溶強(qiáng)化提升是由于溶質(zhì)產(chǎn)生的應(yīng)力場及位錯(cuò)共同產(chǎn)生的彈性碰撞。Fleischer 認(rèn)為由原子尺寸帶來的作用δ及剪切模量η結(jié) 合的相互作用的參數(shù)ε會(huì)對固溶強(qiáng)化的程度產(chǎn)生影響。已知 Gd 元素的原子直徑 是 0.178nm，大于 Mg 的 0.16nm，超出 11.25%。根據(jù)公式η=2(G1 ? G)/(G1+G)，算出 Gd 的 G1=21.8GPa，Mg 的 G