等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAP)對Mg-xSi組織及性能的影響.pdf

1、鎂及鎂合金具有低密度、高比強度和比剛度、優(yōu)異的減震性能、杰出的阻尼性能、優(yōu)良的電磁屏蔽性能及環(huán)境友好等優(yōu)點，是最具發(fā)展前景的輕型材料之一，受到了各行各業(yè)的廣泛關(guān)注。到目前為止，高性能鎂合金廣泛應(yīng)用于航天工業(yè)、機動車、電子信息材料等領(lǐng)域。但是，高性能鎂合金的成本較高，限制了鎂合金進一步的推廣和應(yīng)用，因而開發(fā)一種成本低廉而性能優(yōu)異的鎂合金是目前材料領(lǐng)域的一個熱點課題。
　　元素硅（Si），作為地殼中排在第二的非金屬元素，其含量豐富，價

2、格低廉，與金屬鎂反應(yīng)生成具有高熔點、高硬度和高彈性模量的Mg2Si相。Mg2Si相是一種高溫強化相。通過改變Mg2Si相在鎂合金中的形態(tài)及分布，可以顯著提高鎂合金的力學(xué)性能。本論文在含Si的Mg-Zn-Al-Mn（ZAM）系合金的研究基礎(chǔ)之上，除去Zn、Al、Mn，只在純鎂中加入元素Si，通過熔煉鑄造工藝，制備Si質(zhì)量分數(shù)分別為1％，2%，3%的Mg-xSi二元合金，并通過等通道轉(zhuǎn)角擠壓（ECAP）工藝對合金進行變形處理，以研究不同Si

3、含量及ECAP變形對合金組織和性能的影響。
　　Mg-xSi合金中，不同的Si含量使第二相Mg2Si的形貌不同。Si含量為1wt.%的Mg-1Si合金中，Mg2Si相以樹枝狀和桿狀分布在枝晶晶界上；在Si含量為2wt.%的Mg-2Si合金中，除了分布在枝晶晶界上的樹枝狀和桿狀的Mg2Si相之外，合金組織中還分布著粗大的呈不規(guī)則多邊形塊狀的Mg2Si相，塊狀Mg2Si相邊緣鋒利，對合金基體有強烈的割裂作用；當(dāng)Si含量為3wt.%時，

4、即在Mg-3Si合金中，粗大塊狀的Mg2Si相體積更大，數(shù)量更多，部分Mg2Si相成連續(xù)帶狀分布。
　　ECAP變形能夠細化Mg-xSi合金晶粒及Mg2Si相。ECAP變形細化Mg-xSi合金晶粒的機制是機械剪切破碎和連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶。在ECAP變形初期以機械剪切破碎為主，后期動態(tài)再結(jié)晶占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著變形道次的增加，反復(fù)機械剪切和動態(tài)再結(jié)晶使合金晶粒趨于均勻細化。ECAP變形能夠通過機械剪切破碎樹枝狀和桿狀的Mg2Si相。隨著變

5、形道次的增加，樹枝狀和桿狀的Mg2Si相逐漸細化并趨于均勻彌散分布。ECAP變形并不能細化粗大塊狀的Mg2Si相，而是隨著變形道次的增加，部分粗大塊狀的Mg2Si相邊緣破碎、鈍化，對合金基體的割裂作用減弱。
　　Mg-xSi合金進行室溫拉伸測試。鑄態(tài)合金中，Mg-1Si合金的力學(xué)性能最好，其屈服強度（YS）、抗拉強度（UTS）和伸長率（Elongation）分別為30MPa、93MPa和6%；ECAP變形態(tài)Mg-xSi合金中，Mg

6、-2Si合金變形4道次后的力學(xué)性能最好，其屈服強度、抗拉強度和伸長率分別為80MPa、171MPa和13%；ECAP變形能顯著提高Mg-xSi合金的塑性。對于變形態(tài)Mg-xSi合金，變形道次增加，合金的伸長率逐漸增大，塑性增強。Si含量對合金的塑性也有一定的影響。在鑄態(tài)和ECAP變形態(tài)Mg-xSi合金中，Si含量越高，合金的伸長率越低，塑性越差。
　　Mg-xSi合金在423K條件下進行高溫拉伸測試。鑄態(tài)合金中，Mg-1Si合金的

7、力學(xué)性能最好，其屈服強度、抗拉強度和伸長率分別為23MPa、68MPa和14%。ECAP變形態(tài)合金中，Mg-3Si合金變形2道次后的力學(xué)性能最好，其屈服強度、抗拉強度和伸長率分別為48MPa、82MPa和15%。和鑄態(tài)合金相比，1，2道次ECAP變形后的合金的屈服強度和抗拉強度有所提高，繼續(xù)增加變形道次，屈服強度和抗拉強度則降低。變形道次越多，合金在高溫下的屈服強度和抗拉強度越低。合金在高溫下的伸長率隨著變形道次的增加而顯著提升。