微合金化元素對Mg-RE-Zn合金組織和力學(xué)性能的影響.pdf

1、隨著航天航空飛行器、武器裝備等日益輕量化、高速化和大功率化，新型輕質(zhì)材料的開發(fā)變得尤為重要。鎂合金作為在實際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中有著重大需求。然而在鎂合金的研究與應(yīng)用中存在的強度較低、韌性差等基礎(chǔ)問題，依然制約著高性能鎂合金的開發(fā)與應(yīng)用。在航空飛行器、武器裝備以及精密儀器等的關(guān)鍵承力件中，現(xiàn)有鎂合金的強度還不能完全滿足其要求。因此高強鎂合金已經(jīng)是目前國防軍工、航天航空及現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中緊迫需求之一。Mg-RE-

2、Zn系合金由于LPSO相和沉淀硬化相的復(fù)合強化，展現(xiàn)出了優(yōu)異的力學(xué)性能。然而目前，針對 Mg-RE-Zn系合金的開發(fā)與應(yīng)用還比較單一，主要是通過Zn含量來控制合金中特殊結(jié)構(gòu)相的體積分數(shù)，并結(jié)合RE元素含量的變化調(diào)整特殊結(jié)構(gòu)相與沉淀析出相的比例，達到不同的強化效果。微合金化在金屬材料的研發(fā)過程中具有重要意義，無論是傳統(tǒng)的鋼鐵材料，還是有色金屬，微合金化是一種提高合金性能的有效手段，然而有關(guān)微合金化對 Mg-RE-Zn系合金組織和性能的研究

3、鮮有報道。因此，本文針對 Mg-RE-Zn系合金中不同強化相的特點，通過微合金化手段調(diào)控它們的析出行為，以期進一步提高該體系合金的力學(xué)性能，使其在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用。
　　首先，我們研究了晶粒細化元素Mn、Zr對Mg-9Gd-4Y-1Zn合金組織和力學(xué)性能的影響，微量的Mn、Zr元素可以細化合金的鑄態(tài)組織，且不改變合金的第二相組成。Mn元素可以有效的促進合金的動態(tài)再結(jié)晶過程，而含Zr元素的合金組織中存在大量的富Zr環(huán)，合金易出現(xiàn)脆斷

4、現(xiàn)象。時效態(tài)Mg–9Gd–4Y–1Zn–0.8Mn合金的抗拉強度為475MPa，斷后延伸率為6％。
　　其次，我們研究了Sn、Al元素對Mg-9Y-5Zn合金中LPSO相形貌的調(diào)控。微量Sn元素可以促進桿狀、層狀LPSO相的析出，Al元素會抑制桿狀LPSO相的析出，略微促進層狀LPSO相的形成。擠壓過程中，桿狀、層狀LPSO相促進了扭折變形晶粒的形成，提高了合金的強度。擠壓態(tài)Mg-9Y-5Zn-1Sn合金的抗拉強度為420MPa，

5、斷后延伸率為10%。
　　接著，我們研究了不同Sn含量對Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.8Mn合金組織和力學(xué)性能的影響。加入微量Sn元素后，合金的第二相組成不發(fā)生變化，隨著Sn含量增加， Sn4(Gd,Y)5相析出并增加。退火處理后，含Sn元素的的合金中析出了層狀LPSO相，促進了擠壓態(tài)合金中扭折變形晶粒的形成。擠壓態(tài)Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.8Mn-0.5Sn合金的抗拉強度達到412MPa，斷后伸長率為15.6%。時效處理

6、后，合金的抗拉強度達到502MPa、斷后伸長率為6%。
　　然后，我們研究了Ag、Nd對Mg-9Gd-4Y合金組織和力學(xué)性能的影響。Ag、Nd元素可以有效的促進Mg-9Gd-4Y合金的時效硬化效果，加入1%Nd元素后，合金的時效峰值硬度由122HV提高到127HV，對應(yīng)合金的強度由435MPa提高到458MPa。加入1%Ag元素后，合金的時效峰值硬度由122HV提高到134HV，對應(yīng)的合金強度由435MPa提高到485MPa。

7、r>　　最后，我們研究了不同Ag含量對Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.8Mn合金組織和力學(xué)性能的影響。Ag元素可以促進Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.8Mn合金中層狀LPSO相以及白色條狀的含Ag元素的LPSO相析出。擠壓態(tài)Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.8Mn-1.5Ag合金的抗拉強度達到440MPa、屈服強度達到345MPa。Ag元素的加入顯著提高了合金的時效硬化效果，當(dāng)Ag含量達到1.5%時，合金的時效峰硬度達到136HV，對應(yīng)合