高強(qiáng)度Mg-Y-Zn鎂合金的研究.pdf

1、鎂合金具有比重輕、比強(qiáng)度、比剛度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、阻尼減振、電磁屏蔽、易于加工成形和容易回收等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、電子通信、航空航天和國防軍事等領(lǐng)域具有及其重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。但在鎂合金研究與應(yīng)用中存在強(qiáng)度低的基礎(chǔ)性問題，制約著高性能鎂合金材料的開發(fā)與應(yīng)用。 本文研究了合金元素Y、Zn和Zr對Mg-Y-Zn合金組織、性能的影響；分析了凝固過程的冷卻速度、固溶溫度、固溶后的冷卻方式、擠壓溫度、二次擠壓溫度等不同工藝對Mg97

2、Y2Zn1合金組織性能的影響；并以等通道角擠壓法加工制取了高強(qiáng)度Mg-Y-Zn合金；利用熱模擬技術(shù)研究了Mg97Y2Zn1鎂合金的中高溫變形行為；研究了長周期有序結(jié)構(gòu)對Mg-Y-Zn合金的強(qiáng)化作用。研究發(fā)現(xiàn)，Y、Zn和Zr合金元素對Mg-Y-Zn合金組織、性能有很大的影響。Mg98Y1Zn1、Mg97Y2Zn1、Mg96Y3Zn1、Mg95.5Y3Zn1.5、Mg94Y4Zn2合金鑄態(tài)組織都呈現(xiàn)典型的樹枝晶結(jié)構(gòu)，Y元素含量或Y和Zn元素

3、總量越高，樹枝晶越細(xì)，第二相數(shù)量增加。XRD分析表明，Mg98Y1Zn1合金含有W-Mg3Zn3Y2相和X-Mg12ZnY相，而Mg97Y2Zn1、Mg96Y3Zn1、Mg95.5Y3Zn1.5、Mg94Y4Zn2則只含有X-Mg12ZnY相。Mg97Y2Zn1、Mg96Y3Zn1、Mg95.5Y3Zn1.5合金在400℃經(jīng)過擠壓后，在原始晶界和第二相附近發(fā)生了部分再結(jié)晶，三種合金在室溫和高溫都具有較高的強(qiáng)度。zr元素的加入，不影響合金

4、的相組成，卻大大細(xì)化了Mg97Y2Zn1合金的組織，也提高了合金的力學(xué)性能。 本文研究了凝固過程的冷卻速度、固溶溫度、固溶后的冷卻方式、擠壓溫度、二次擠壓溫度等不同工藝對Mg97Y2Zn1合金組織、性能的影響。冷卻速度越快，樹枝晶越精細(xì)，力學(xué)性能越好。對Mg97Y2Zn1合金進(jìn)行不同溫度的固溶處理，發(fā)現(xiàn)只有在高于X相熔點(diǎn)溫度的固溶處理對組織有較大影響。415℃固溶的Mg97Y2Zn1合金在400℃進(jìn)行擠壓后發(fā)生完全再結(jié)晶，而56

5、0℃固溶的合金在400℃進(jìn)行擠壓后只發(fā)生部分再結(jié)晶。擠壓前經(jīng)過560℃固溶處理合金在擠壓和等通道角擠壓后的強(qiáng)度都要高于415℃固溶處理過的合金，但延伸率要低于415℃固溶處理過的合金。對Mg97Y2Zn1合金在不同溫度下進(jìn)行一次擠壓和二次擠壓研究發(fā)現(xiàn)，在較低溫度下擠壓后獲得較細(xì)的組織，隨著擠壓溫度提高，晶粒尺寸逐漸增大，強(qiáng)度下降，而延伸率上升。一次擠壓得到的合會只發(fā)生部分再結(jié)晶，而二次擠壓得到的合金發(fā)生完全再結(jié)晶，但在相同溫度下，兩者的

6、晶粒尺寸相近。對Mg-Y-Zn合金進(jìn)行等通道角擠壓實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著等通道角擠壓道次數(shù)的增加，第二相被逐漸細(xì)化，擠壓態(tài)已發(fā)生再結(jié)晶區(qū)域的晶粒尺寸被進(jìn)一步細(xì)化，而未發(fā)生再結(jié)晶的區(qū)域卻仍然沒有發(fā)生再結(jié)晶，只是沿著剪切方向形成一些剪切帶。隨著等通道角擠壓道次數(shù)的增加，已再結(jié)晶區(qū)向未再結(jié)晶區(qū)域逐漸發(fā)展。經(jīng)過一道次的等通道角擠壓后，就有大量的超細(xì)晶粒形成。在隨后道次的擠壓過程中，晶粒雖然有所細(xì)化，但細(xì)化效果遠(yuǎn)不如第一道次擠壓明顯。經(jīng)過等通道角擠壓后的

7、Mg-Y-Zn合金的晶粒尺寸要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其它鎂合金，其超細(xì)晶的形成和Mg-Y-Zn合金含有大量的X相和長周期有序結(jié)構(gòu)有關(guān)。Mg97Y2Zn1合金的晶粒尺寸被細(xì)化到200-500nm，Mg95.5Y3Zn1.5合金的晶粒尺寸被細(xì)化到約200nm。經(jīng)過等通道角擠壓后，Mg-Y-Zn合金的強(qiáng)度得到了提高，Mg97Y2Zn1合金的最高屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到406.2MPa和455.2MPa，Mg95.5Y3Zn1.5合金的最高屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)

8、度分別達(dá)到444.6MPa和472.7MPa。由于等通道角擠壓的剪切力會使X相內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，因此材料的延伸率隨著道次數(shù)的增加而降低。 本研究利用Gleeble熱模擬試驗(yàn)機(jī)對Mg97Y2Zn1鎂合金進(jìn)行了高溫壓縮實(shí)驗(yàn)研究，在同一應(yīng)變速率下，隨變形溫度的升高，Mg97Y2Zn1鎂合金的流動(dòng)應(yīng)力水平逐漸下降；在同一變形溫度下，隨應(yīng)變速率增加，Mg97Y2Zn1鎂合金的流動(dòng)應(yīng)力水平逐漸升高。Mg97Y2Zn1具有較大的應(yīng)力指數(shù)值。研究