高強Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的軋制變形及時效強化行為.pdf

1、含長周期有序結構相(LPSO)的新型高強耐熱Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金在航空航天、國防和汽車工業(yè)領域有廣泛的應用前景。為進一步拓展高強稀土鎂合金的應用,本文利用半連續(xù)鑄造工藝制備出大尺寸Mg-8.2Gd-3.8Y-1.0Zn-0.4Zr稀土鎂合金鑄錠,對鑄態(tài)和擠壓態(tài)合金進行了軋制變形和時效熱處理,制備了超高強高韌的稀土鎂合金板材。采用光學顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡等方法,研究Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金軋制變形及后續(xù)時效處理過程中

2、的顯微組織演變;采用EBSD、XRD等方法研究軋制板材在軋制變形過程中以及后續(xù)時效處理過程中的微觀與宏觀織構演變,討論了軋制變形工藝對稀土鎂合金板材的顯微組織、織構和力學性能的影響規(guī)律、探討了Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金板材的強韌化機理。
　　鑄態(tài)Mg-8.2Gd-3.8Y-1.0Zn-0.4Zr合金主要由α-Mg基體、Mg3(Gd,Y)共晶化合物、14H型LPSO相、Mg24(Gd,Y)5相以及Zr質點組成。在均勻化處理過程中

3、,Mg3(Gd,Y)共晶化合物逐漸轉變?yōu)槠胶庀郙g5(Gd,Y);隨著均勻化處理溫度的升高以及時間的延長,18R型LPSO相以及富稀土相的體積分數(shù)逐漸增加。相對于鑄態(tài)合金,均勻化處理后合金的強度與塑性均有所改善。與在200oC下時效的均勻化處理合金相比,在225oC下時效的合金表現(xiàn)出加速的時效硬化效應以及相對較低的峰值硬度。
　　鑄態(tài)合金在400oC直接進行道次變形量20~30％的4道次軋制變形后,板材的再結晶比例較高,但稀土元素

4、在原始晶界附近偏聚,導致板材的強度較低。鑄態(tài)合金經(jīng)均勻化處理后,在同樣的工藝下軋制變形后,板材中析出大量的LPSO相并獲得雙峰分布的晶粒尺寸,使得板材具有較高的強度及塑性。
　　均勻化處理合金在不同終軋變形量軋制后,均由具有隨機取向的細小再結晶晶粒及具有基面取向的粗大形變晶粒組成;由于扭折變形,在形變晶粒中的LPSO相發(fā)生了彎曲。隨著終軋變形量的增加,動態(tài)再結晶比例增加,織構強度逐漸降低;板材的強度隨終軋變形量增加沒有明顯變化,但

5、屈服各向異性降低,塑性得到了明顯的提高。合金經(jīng)不同終軋變形量板材在200oC均表現(xiàn)出顯著的時效硬化效應,變形量對β′相的形貌和尺寸無明顯影響,但隨著變形量的增加,時效過程中析出的β′相體積分數(shù)也隨之增加,板材的強度也逐漸上升,由于組織均勻性的增加,使得塑性同時得到改善。
　　在對Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金分別進行累積變形量為60~96%的軋制后,在累積變形量較小的軋制板材中產(chǎn)生了孿晶,當累積變形量達到89%后孿晶消失,隨著變形

6、量增加,晶粒尺寸逐漸細化,顯微組織逐漸均勻,LPSO相的體積分數(shù)逐漸降低;此外,晶界附近的LPSO相為18R型而晶粒內(nèi)部的則為14H型;板材在軋制過程中均表現(xiàn)出基面織構,隨累積變形量的增加,織構強度逐漸下降,這與稀土元素的添加和動態(tài)再結晶過程有關。板材的強度和延伸率隨著累積變形量的增加均得到改善。累積變形量為96%的板材經(jīng)200oC時效處理后,板材的屈服強度和抗拉強度分別達到426MPa和517MPa,延伸率為4.5%,時效后板材中的具

7、有基面取向的形變晶粒、變形晶粒內(nèi)部的LPSO相和細小致密的納米β′析出相、以及晶界處細小的β析出相導致時效后合金的強度顯著提高。
　　與鑄態(tài)合金均勻化處理后的軋制相比,鑄錠經(jīng)擠壓變形后再進行軋制變形的合金顯微組織更加均勻,LPSO相主要沿著軋制方向分布在晶界處。擠壓態(tài)合金在300oC終軋溫度軋制變形后,主要由形變晶粒、亞組織及大量位錯組成板材具有較高的強度;終軋溫度提高到400oC后,板材主要由具有隨機取向的動態(tài)再結晶晶粒組成,板

8、材基面織構強度降低,板材的強度降低,塑性顯著提高,并且塑性各向異性得到改善。擠壓態(tài)合金經(jīng)不同溫度終軋獲得的板材在200oC及225oC時效過程中表現(xiàn)出顯著的時效硬化特性。經(jīng)300oC終軋和200oC峰時效處理后,板材的屈服強度達到了454MPa,但其塑性較差;350oC終軋板材在200oC峰時效處理過程中,晶內(nèi)析出了片層狀14H型LPSO相,并改善了晶界狀態(tài),使其屈服強度與抗拉強度分別達到了416MPa與505MPa,延伸率提高到了12

9、.8%;400oC軋制板材經(jīng)200oC峰時效處理后,其屈服強度較低,塑性得到了明顯的改善。不同終軋溫度板材的織構在時效處理過程中沒有明顯變化,而時效板材的高強度主要是由于晶粒內(nèi)析出的細小β′相、晶界處的 LPSO相以及方塊狀的富稀土相。
　　本文的研究表明,在Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金的軋制變形過程中,采用90%以上的大累積變形量以及50%以上的終軋道次變形量,可充分破碎共晶相獲得均勻細小的顯微組織,并可使板材在時效過程中析