高塑性稀土變形鎂合金的研究.pdf

1、鎂合金具有密排六方晶體結(jié)構(gòu),室溫下只有3個(gè)幾何滑移系和2個(gè)獨(dú)立滑移系,塑性變形能力較差,使變形制品的應(yīng)用受到了極大的限制。為促進(jìn)變形鎂合金的推廣應(yīng)用,一個(gè)方面需要發(fā)展提高鎂合金塑性的加工技術(shù),另一方面需要開發(fā)高塑性變形鎂合金,提高鎂合金的本質(zhì)變形能力。我國是鎂和稀土的資源大國,研究和開發(fā)價(jià)格適中的高性能含稀土鎂合金具有非常有利的條件。本文擬在鎂合金中添加少量稀土元素,改善合金熱變形能力,提高生產(chǎn)效率以降低生產(chǎn)成本,同時(shí)提高室溫塑性,擴(kuò)大

2、其應(yīng)用范圍,促進(jìn)變形鎂合金的發(fā)展。
　　 本文采用金相分析、掃描電鏡(SEM)、能譜(EDS)分析、X衍射分析(XRD)、差熱分析(DSC)、力學(xué)性能測試等試驗(yàn)手段,研究了稀土元素鈰、釹對(duì)ZK20和ZM21鎂合金鑄態(tài)、均勻化退火態(tài)、變形態(tài)的組織和性能的影響。
　　 研究結(jié)果表明,釹和鈰的添加使鑄態(tài)合金的組織得到細(xì)化,也使合金中出現(xiàn)含稀土合金相。隨釹和鈰添加量的增加,含稀土合金相增多,其形態(tài)由顆粒狀經(jīng)不連續(xù)網(wǎng)狀向網(wǎng)狀轉(zhuǎn)變。

3、網(wǎng)狀含稀土合金相的出現(xiàn),使晶界對(duì)變形的協(xié)調(diào)作用減弱,鑄態(tài)合金的拉伸斷裂方式由穿晶斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐嗔?使抗拉強(qiáng)度和延伸率均有所下降。
　　 研究結(jié)果表明,在ZK20+xNd系中,除a-Mg和MgZn相外,隨釹添加量的增加先后出現(xiàn)了三元含釹合金相T1(Mg27.0-33.4,Zn60.2-66.4,Nd6.1-7.4)相和T2相((Mg,Zn)11.5Nd)；在ZK20+xCe系中隨著鈰添加量的增加,合金中先后出現(xiàn)了兩種三元含鈰合金

4、相百τ1(CeMg7Zn12)和τ2(Ce(Mg,Zn)10.1)；在ZM21+xNd系中除α-Mg、α-Mn和MgZn相外,隨釹添加量的增加也出現(xiàn)了T1和T2相。
　　 研究發(fā)現(xiàn)稀土對(duì)擠壓態(tài)合金的晶粒尺寸有重要影響。隨著稀土釹或鈰添加量的增加,擠壓態(tài)合金中顆粒狀含稀土合金相增多的同時(shí),合金晶粒尺寸明顯變小。ZK20合金擠壓前平均晶粒尺寸為238.8μm,擠壓后為23.9μm；ZK20+0.5Nd合金擠壓前平均晶粒尺寸為78.2

5、μm,擠壓后為4.9μm。
　　 添加稀土釹或鈰,可使擠壓態(tài)合金的抗拉強(qiáng)度小幅提高,而延伸率有較大幅度地增加。稀土元素的添加在使晶粒細(xì)化、提高塑性和強(qiáng)度的同時(shí),稀土還與Zn元素形成三元合金相,使Zn固溶程度減弱,一定程度上削弱了合金強(qiáng)度。各合金系中擠壓態(tài)性能最好的合金分別為:ZK20+0.5Nd、ZK20+0.7Ce和ZM21+0.5Nd。ZK20+0.5Nd的抗拉強(qiáng)度為237MPA,延伸率為32.7％,分別比不加鈰時(shí)增高5％和

6、50％；ZK20+0.7Ce的抗拉強(qiáng)度為261MPa,延伸率為24.6％,分別比不加釹時(shí)增高8％和44％；ZM21+0.5Nd的抗拉強(qiáng)度達(dá)232.1MPA,延伸率達(dá)32.2％,塑性有較大幅度提高。
　　 對(duì)ZK20和ZK20+0.5Nd合金不同溫度均勻化退火的研究表明:均勻化退火能大幅度降低枝晶偏析,使MgZn相及部分Mg-Zn-Nd相溶解到基體中。ZK20合金均勻化退火后擠壓,擠壓態(tài)合金強(qiáng)度與未經(jīng)均勻化退火相比有所降低；而ZK

7、20+0.5Nd合金經(jīng)均勻化退火后擠壓,擠壓態(tài)合金強(qiáng)度與未經(jīng)均勻化相比沒有降低,同時(shí)合金的塑性明顯提高。ZK20和ZK20+0.5Nd合金的優(yōu)化均勻化退火工藝分別為:390℃×10h和420℃×10h。
　　 無論添加稀土元素與否,鑄態(tài)合金400℃,0.5S-1高溫壓縮0.7真應(yīng)變時(shí),均發(fā)生不完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,變形合金中殘留有被壓扁的原始鑄態(tài)大晶粒,其晶界處存在等軸的再結(jié)晶小晶粒。隨釹和鈰的添加量的增加,合金高溫壓縮峰值應(yīng)力及峰值