高強(qiáng)Mg-Zn-Zr-RE合金熱加工過程微觀組織演變及強(qiáng)化機(jī)制.pdf

1、稀土鎂合金相比于傳統(tǒng)的鎂合金具有較高的強(qiáng)度。稀土元素的加入能夠從本質(zhì)上改變鎂合金在塑性變形或熱處理過程中強(qiáng)化相的析出行為和轉(zhuǎn)化趨勢(shì),從而大幅度提高鎂合金的強(qiáng)度。目前,稀土鎂合金中主要的強(qiáng)化相在塑性變形或熱處理過程中的演變規(guī)律尚未得到系統(tǒng)的研究。通過控制不同的塑性變形或熱處理工藝參數(shù),使得稀土鎂合金中強(qiáng)化相的強(qiáng)化效果達(dá)到最優(yōu)的研究仍然較少。因此,為進(jìn)一步提高稀土鎂合金的強(qiáng)度,本文選取了典型的富稀土Mg-10Gd-2Y-0.5Zn-0.3Z

2、r(GWZK102)和貧稀土MB26兩種鎂合金進(jìn)行對(duì)比研究,深入揭示稀土鎂合金的強(qiáng)化機(jī)制。以GWZK102合金為主要研究對(duì)象,系統(tǒng)分析了合金在固溶處理(T4)、固溶處理+時(shí)效處理(T6)、擠壓變形和時(shí)效處理(T5)等熱加工過程中微觀組織和力學(xué)性能的演化規(guī)律,并與MB26合金進(jìn)行對(duì)比分析。通過研究GWZK102和MB26合金中強(qiáng)化相的析出行為、轉(zhuǎn)化趨勢(shì)和強(qiáng)化機(jī)制,探討了不同熱加工狀態(tài)下GWZK102合金獲得高強(qiáng)度的主要原因。在此基礎(chǔ)上,開

3、展了GWZK102合金各種強(qiáng)化途徑的定量分析,通過組合和優(yōu)化不同的強(qiáng)化模型,分析和估算了GWZK102合金的主要強(qiáng)化來源及貢獻(xiàn)度,提出了富稀土GWZK102鎂合金的主要強(qiáng)化路徑。
　　研究結(jié)果表明:鑄態(tài)GWZK102合金中相對(duì)較小的晶粒尺寸、隨機(jī)分布的β′相及含有高密度層錯(cuò)的亞結(jié)構(gòu)的共同作用使得該合金具有較高的強(qiáng)度。鍛態(tài)合金的力學(xué)性能相對(duì)于鑄態(tài)合金有了明顯提高,抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別由鑄態(tài)合金的256MPa、160MPa和

4、4.9％增至308MPa、210MPa和7.5%。鍛態(tài)合金中,細(xì)晶強(qiáng)化及β′相和長(zhǎng)周期相(LPSO)在基體中析出等共同作用使得合金強(qiáng)度相對(duì)于原始鑄態(tài)合金顯著提高。
　　鍛態(tài)GWZK102合金時(shí)效過程中,大量的LPSO和β′相在基體中彌散析出導(dǎo)致該合金強(qiáng)度相對(duì)于鍛態(tài)合金顯著提高。200℃時(shí)效處理合金的峰值抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別為406MPa、273MPa和5.9%。隨著時(shí)效溫度升高,峰值時(shí)效合金中強(qiáng)化相的粗化及晶界無析出帶的

5、寬化造成合金強(qiáng)度顯著下降。
　　擠壓態(tài)GWZK102合金的強(qiáng)度較鍛態(tài)合金進(jìn)一步提高,細(xì)晶強(qiáng)化的貢獻(xiàn)比率最大。200℃峰值時(shí)效合金的強(qiáng)度主要來源于細(xì)晶強(qiáng)化和彌散析出的LPSO、β′相強(qiáng)化。隨著熱處理溫度進(jìn)一步升高,合金發(fā)生動(dòng)態(tài)軟化,主要?dú)w因于以下兩種原因:一方面強(qiáng)化相β′轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)軟化的β相,另一方面LPSO的長(zhǎng)度變短及其在基體中的數(shù)量下降。
　　與鑄態(tài)MB26合金相比,擠壓態(tài)MB26合金的強(qiáng)度大幅度上升。細(xì)晶強(qiáng)化和準(zhǔn)晶(I相

6、)強(qiáng)化共同作用使其強(qiáng)度明顯改善。隨著熱處理溫度進(jìn)一步升高,MB26合金中晶粒和析出相迅速粗化。450℃峰值強(qiáng)度合金中,二十面體晶格結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)晶轉(zhuǎn)化為具有面心立方結(jié)構(gòu)的粗大Mg13RE30Zn57相是合金強(qiáng)度急劇下降的根本原因。
　　GWZK102合金在擠壓過程中織構(gòu)類型由鍛態(tài)合金中的(0001)?1120?型織構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰枯^高的(0001)?1010?型織構(gòu)。擠壓基面纖維織構(gòu)的形成導(dǎo)致合金在單向拉伸過程中基面滑移難以開動(dòng),一定程度上

7、促進(jìn)了合金強(qiáng)度的提高。隨著熱處理溫度升高,擠壓合金的織構(gòu)類型再次轉(zhuǎn)變?yōu)?0001)?1120?型織構(gòu),一定程度上降低了合金的強(qiáng)度,改善了合金的塑性。熱處理溫度高于400℃,合金中晶粒異常長(zhǎng)大,影響了再結(jié)晶織構(gòu)正常轉(zhuǎn)變進(jìn)程。織構(gòu)類型轉(zhuǎn)再次變?yōu)?0001)?1010?型織構(gòu)。
　　鑄態(tài)GWZK102合金中,固溶強(qiáng)化是固溶處理(T4)合金強(qiáng)度的主要來源,對(duì)屈服強(qiáng)度的貢獻(xiàn)率約為59%。隨后的時(shí)效處理(T6)使得析出相的強(qiáng)化效果明顯增強(qiáng),約