長周期堆垛有序結構增強Mg-Zn-Y-Mn-(B)合金的研究.pdf

1、鎂合金具有密度低、比強度高、阻尼性好、鑄造性能好、加工性能良好和電磁屏蔽性能好等優(yōu)點，在航空航天、汽車和軍工等領域具有廣泛應用價值。但是，目前鎂合金存在強度低、塑性差等缺點限制了其工程應用。近幾年，人們發(fā)現(xiàn)含長周期堆垛有序結構（LPSO）的Mg-Zn-Y系鎂合金具有獨特的顯微組織和優(yōu)良的力學性能，并通過合金化、熱處理和熱變形等手段制備出許多力學性能優(yōu)異的此類鎂合金。但是，LPSO相的生成需要較高Y/Zn比，稀土Y價格昂貴限制其民用工業(yè)應

2、用，所以尋找在低的Y/Zn比條件下能促進LPSO相析出的合金化元素具有重要意義。本文以Mg94Zn2.5Y2.5Mn1合金為研究對象，進行了一系列有價值的研究。
　　首次將利用放電等離子（SPS）燒結原理與技術制備的Mg-B中間合金添加到Mg94Zn2.5Y2.5Mn1合金中，采用常規(guī)鑄造法制備出Mg-Zn-Y-Mn-(B)合金。對鑄態(tài)合金進行固溶處理并對固溶態(tài)合金進行擠壓變形以獲得組織和性能更加優(yōu)異的合金，之后分別對鑄態(tài)、固溶態(tài)

3、和擠壓態(tài)的試樣進行微觀表征和力學性能測試，研究了微量B對鑄態(tài)、固溶態(tài)和擠壓態(tài)合金微觀組織和力學性能的影響，首次探究了B對W相和LPSO相演化以及對動態(tài)再結晶行為的影響，研究了不同工藝對合金組織演變規(guī)律及性能的影響，對W相的球化、LPSO相的轉(zhuǎn)變和動態(tài)再結晶機理進行系統(tǒng)研究，為制備高強高韌鎂合金提供新思路。實驗結果如下：
　?。?）鑄態(tài)Mg-Zn-Y-Mn-(B)合金顯微組織由鎂基體相、18R LPSO相（Mg12YZn）和W相（M

4、g3Zn3Y2）三相組成。首次發(fā)現(xiàn)微量B能明顯細化鑄態(tài)合金晶粒，顯著促進合金中18R LPSO相形成，抑止W相析出。當加入0.003wt.％B時，合金的顯微組織和力學性能達到最佳，其抗拉強度和伸長率分別達到252.5MPa和11.0%。
　?。?）固溶并隨爐冷卻后的Mg-Zn-Y-Mn-(B)合金中，部分原本分布在晶界處的條塊狀18R LPSO相轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚍植荚诰Я?nèi)部的層片狀14H LPSO相，晶界處連續(xù)網(wǎng)狀的W相發(fā)生球化。固溶

5、并水淬處理后的Mg-Zn-Y-Mn-(B)合金中，只存在W相的球化。LPSO相與W相的轉(zhuǎn)變對合金力學性能，尤其是塑性有顯著提高作用。
　?。?）B能促進固溶態(tài)合金中W相球化、細化W顆粒相并減少其體積分數(shù)，且在固溶態(tài)（爐冷）合金中，B還能促進14H LPSO相的生成。此外，B能顯著強化固溶態(tài)合金的力學性能，含B固溶態(tài)（水淬）合金的抗拉強度和伸長率分別達到287.7MPa和21.1%。含B固溶態(tài)（爐冷）合金的抗拉強度和伸長率分別達到2

6、61.7MPa和20.5%。
　　（4）Mg-Zn-Y-Mn-(B)合金在正擠壓過程中存在明顯動態(tài)再結晶行為，合金的力學性能得到明顯改善；B對合金動態(tài)再結晶過程有延遲作用，與無B合金相比，含B合金中發(fā)生動態(tài)再結晶的晶粒比例由96%降低到84%。
　　（5）在擠壓態(tài)Mg-Zn-Y-Mn-(B)合金中同時存在不連續(xù)動態(tài)再結晶和連續(xù)動態(tài)再結晶。微量B能提高擠壓態(tài)合金的力學性能，其抗拉強度和伸長率分別高達389.7MPa和24.9%