准晶增强Mg97.6Zn1.8Y0.6合金高压凝固及热变形行为

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压力达到GPa数量级时可以改变合金凝固过程的热力学和动力学条件,使合金的凝固组织与常规铸造不同。本文以Mg97.6Zn1.8Y0.6(at.%)合金为母材,采用CS-IB型六面顶压机进行2、4和6GPa高压凝固;利用OM、SEM、EDS和XRD分析了Mg97.6Zn1.8Y0.6合金在不同压力下凝固的组织和相组成;用WDW3100型万能试验机研究了高压凝固Mg97.6Zn1.8Y0.6合金的室温压缩行为。采用Gleeble-3500热/力模拟试验机对Mg97.6Zn1.8Y0.6合金进行热压缩,与Mg96.2Zn3.5Y0.3合金热压缩行为进行对比,研究了准晶相对Mg-Zn-Y合金热变形行为的影响,并利用SEM和OM观察了合金热压缩后的组织。实验结果表明,常压凝固Mg97.6Zn1.8Y0.6合金组织粗大,基体为-Mg相,第二相(I-Mg3YZn6和Mg6.8Y0.35Zn2.81)以共晶形式分布在基体上;GPa级高压凝固时,合金组织显著细化,第二相(I-Mg3YZn6和W-MgYZn3)呈杆状和点状均匀分布在基体上,当压力高达6GPa时,合金中生成粒状Mg-Y新相。随着凝固压力的增大,合金的硬度、抗压强度、屈服强度等力学性能大幅提高,常压凝固合金的抗压强度为259.0MPa,屈服强度为230.4MPa,压缩率为26.1%,压缩断裂类型为典型的解理断裂;而6GPa高压下合金的抗压强度高达361.4MPa,屈服强度高达256.5MPa,解理面细小并出现撕裂岭,解理程度降低,断裂机制更接近准解理断裂。Mg97.6Zn1.8Y0.6合金的热变形行为受变形温度、应变速率和压下量的影响,流变应力随变形温度的减小、应变速率和压下量的增大而增大。合金在150C下进行热压缩时,试样在发生动态再结晶前断裂,200C下变形时,合金中存在明显的动态回复,300C以上变形时,合金发生动态再结晶。经计算Mg97.6Zn1.8Y0.6合金应变速率与峰值应力关系为:m14.347ln182.583,温度补偿变形速率因子Z exp(140.07103/RT)。Zn/Y比合适的合金中准晶相含量更高,准晶相具有增强作用。因此热变形过程中,Mg97.6Zn1.8Y0.6比Mg96.2Zn3.5Y0.3合金具有更好的抗压性能及应变速率敏感性。
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