Ca和Mn對(duì)Mg-Zn合金組織與力學(xué)性能的影響.pdf

1、變形鎂合金比強(qiáng)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(qiáng)度限制了其應(yīng)用。因此急需開發(fā)高塑性兼具高強(qiáng)度的變形鎂合金來擴(kuò)大鎂合金的使用。國(guó)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(qiáng)度較高，但稀土價(jià)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(qiáng)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(cè)試等手段研究了合金元素含量對(duì)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(dòng)態(tài)再結(jié)晶、織構(gòu)演變、強(qiáng)韌化機(jī)理等。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：
　　① 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(dòng)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(xì)化，主要的再結(jié)晶機(jī)制是粒子促進(jìn)形核(PSN)。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生不僅細(xì)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(duì)稱性，使擠壓態(tài)合金的織構(gòu)形態(tài)沿?cái)D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(qiáng)度

4、和抗拉強(qiáng)度隨著Ca含量增加而逐漸增加。合金的強(qiáng)化機(jī)制主要包括：細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化和織構(gòu)強(qiáng)化。由于晶粒細(xì)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(dāng)Ca含量為0.3wt.％時(shí)，表現(xiàn)出最高的塑性，為27%。當(dāng)Ca含量增加至0.6wt.%時(shí)，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(gè)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(qiáng)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(qiáng)度為121MPa，抗拉強(qiáng)度為252MPa，延伸率達(dá)27%。
　　③ Mg-Zn-Ca-Mn合金中當(dāng)Ca含量較低時(shí)對(duì)鑄態(tài)合金晶粒的細(xì)化不明顯，當(dāng)Ca含量增加至1wt.%時(shí)，可以顯著細(xì)化鑄態(tài)合金晶粒。擠壓后的再結(jié)晶機(jī)制主要是粒子促進(jìn)形核機(jī)制(PSN)。隨著 Mn或 Ca元素的增加，粗大第二相逐漸增多，同時(shí)合金中析出的納米級(jí)和亞微米級(jí)的沉淀相逐漸增多

6、，有效阻止再結(jié)晶晶粒的長(zhǎng)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(qiáng)度逐漸增加的趨勢(shì)。合金織構(gòu)強(qiáng)度隨Mn含量的變化趨勢(shì)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(qiáng)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(qiáng)度逐漸增加，從165

7、MPa上升至327MPa。合金抗拉強(qiáng)度也得到了較大的提升，屈強(qiáng)比也相應(yīng)的逐漸增加。細(xì)小的再結(jié)晶晶粒、未再結(jié)晶區(qū)域的強(qiáng)織構(gòu)和大量細(xì)小的析出相對(duì)屈服強(qiáng)度的提高有很大貢獻(xiàn)。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(duì)于Ca含量為0.3wt.%的三個(gè)合金的而言，其再結(jié)晶程度較高，晶粒細(xì)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(dāng)Ca含量為0.3wt.%和0.6wt.%時(shí)，Mn的加入大幅提高合金的強(qiáng)度，同時(shí)塑性的損失