Ca和Mn對Mg-Zn合金組織與力學(xué)性能的影響.pdf

1、變形鎂合金比強度和比剛度高，因此在結(jié)構(gòu)材料減重方面有著巨大的應(yīng)用潛力。然而鎂合金的晶體學(xué)結(jié)構(gòu)為典型的密排六方結(jié)構(gòu)，與鋁合金和鋼鐵材料相比，室溫下滑移系少，導(dǎo)致合金的室溫塑性較差，另外鎂合金較差的加工性能以及較低的強度限制了其應(yīng)用。因此急需開發(fā)高塑性兼具高強度的變形鎂合金來擴大鎂合金的使用。國內(nèi)外的諸多研究顯示稀土元素可以有效提高鎂合金的塑性，且強度較高，但稀土價格昂貴，不利于鎂合金的工業(yè)應(yīng)用。因此，低成本無稀土鎂合金受到廣泛關(guān)注。

2、>　　本文意圖開發(fā)高塑性兼具較高強度的低成本無稀土鎂合金，為此制備了不同Ca含量的Mg-Zn-Ca合金和不同Ca、Mn含量的Mg-Zn-Ca-Mn合金。通過OM、XRD、SEM、EBSD、TEM、拉伸測試等手段研究了合金元素含量對鑄態(tài)組織、擠壓態(tài)組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律。分析了擠壓態(tài)合金的動態(tài)再結(jié)晶、織構(gòu)演變、強韌化機理等。主要實驗結(jié)果如下：
　?、?Mg-4Zn合金中加入 Ca以后第二相主要是 Ca2Mg6Zn3相和 MgZn相

3、。Mg-Zn-Ca合金擠壓后均發(fā)生完全動態(tài)再結(jié)晶。加Ca后，Mg-Zn合金的擠壓態(tài)晶粒得到明顯的細化，主要的再結(jié)晶機制是粒子促進形核(PSN)。動態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生不僅細化合金晶粒，還有利于弱化擠壓態(tài) Mg-Zn合金的基面織構(gòu)。而且 Ca的加入降低合金的c/a值，提高合金的晶格對稱性，使擠壓態(tài)合金的織構(gòu)形態(tài)沿擠壓方向(ED)分裂，呈現(xiàn)出典型的稀土鎂合金織構(gòu)形態(tài)，合金的基面織構(gòu)得到顯著弱化。
　?、?Mg-Zn-Ca擠壓態(tài)板材的屈服強度

4、和抗拉強度隨著Ca含量增加而逐漸增加。合金的強化機制主要包括：細晶強化、固溶強化、彌散強化和織構(gòu)強化。由于晶粒細化和基面織構(gòu)弱化，Ca的加入顯著提高了擠壓態(tài)Mg-Zn合金的塑性，當Ca含量為0.3wt.％時，表現(xiàn)出最高的塑性，為27%。當Ca含量增加至0.6wt.%時，合金的延伸率又有所下降。Ca的加入顯著降低了Mg-Zn合金擠壓板材的各向異性。各個合金都體現(xiàn)出ED方向的延伸率最高，45o方向的次之，板材橫向(TD)的最差，強度的變化則

5、與此相反。其中 Mg-4Zn-0.3Ca合金表現(xiàn)出了最佳的綜合力學(xué)性能， ED方向屈服強度為121MPa，抗拉強度為252MPa，延伸率達27%。
　?、?Mg-Zn-Ca-Mn合金中當Ca含量較低時對鑄態(tài)合金晶粒的細化不明顯，當Ca含量增加至1wt.%時，可以顯著細化鑄態(tài)合金晶粒。擠壓后的再結(jié)晶機制主要是粒子促進形核機制(PSN)。隨著 Mn或 Ca元素的增加，粗大第二相逐漸增多，同時合金中析出的納米級和亞微米級的沉淀相逐漸增多

6、，有效阻止再結(jié)晶晶粒的長大和形核，導(dǎo)致合金的未再結(jié)晶區(qū)域均逐漸增加，再結(jié)晶晶粒尺寸逐漸減小。Ca元素可以顯著弱化合金的再結(jié)晶織構(gòu)，但由于隨著 Ca含量的增加未再結(jié)晶區(qū)域逐漸增大，因此呈現(xiàn)出隨Ca含量的增加織構(gòu)強度逐漸增加的趨勢。合金織構(gòu)強度隨Mn含量的變化趨勢與Ca相同。
　?、芘cMg-4Zn-xCa合金相比，擠壓態(tài)Mg-Zn-Ca-Mn合金的屈服強度得到了很大的提升。并且隨著Ca或Mn含量的增加，合金的屈服強度逐漸增加，從165

7、MPa上升至327MPa。合金抗拉強度也得到了較大的提升，屈強比也相應(yīng)的逐漸增加。細小的再結(jié)晶晶粒、未再結(jié)晶區(qū)域的強織構(gòu)和大量細小的析出相對屈服強度的提高有很大貢獻。擠壓態(tài)合金的塑性隨著未再結(jié)晶區(qū)域的增加而降低。對于Ca含量為0.3wt.%的三個合金的而言，其再結(jié)晶程度較高，晶粒細化和織構(gòu)弱化共同作用使得合金的延伸率較高(25.6%~29.8%)。當Ca含量為0.3wt.%和0.6wt.%時，Mn的加入大幅提高合金的強度，同時塑性的損失