【摘 要】
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Mg-RE以其优异的综合性能成为镁合金研究的热门方向。但是普通熔炼工艺所得镁合金铸件枝晶粗大,同时稀土合金分布不均匀,导致合金性能不稳定,极大限制了稀土镁合金的应用。研究表明熔体超声处理可有效细化合金组织并提高合金力学性能。因此,本文将通过对Mg-12Gd-0.5Zr合金进行超声处理,研究不同超声功率对Mg-12Gd-0.5Zr合金的影响,优化合金超声处理工艺。在此基础上为了进一步提升Mg-12G
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Mg-RE以其优异的综合性能成为镁合金研究的热门方向。但是普通熔炼工艺所得镁合金铸件枝晶粗大,同时稀土合金分布不均匀,导致合金性能不稳定,极大限制了稀土镁合金的应用。研究表明熔体超声处理可有效细化合金组织并提高合金力学性能。因此,本文将通过对Mg-12Gd-0.5Zr合金进行超声处理,研究不同超声功率对Mg-12Gd-0.5Zr合金的影响,优化合金超声处理工艺。在此基础上为了进一步提升Mg-12Gd-0.5Zr合金的性能,采用优化的超声处理技术研究Mg-12Gd-xY-0.5Zr合金的组织及力学性能。本文以Mg-12Gd-xY-0.5Zr（x=0、1、3、5 wt.%）合金为主要对象,在MF-2Kg中频感应炉中熔炼,当熔体温度为730℃时对Mg-12Gd-xY-0.5Zr合金熔体进行功率为0 W、700 W、1000 W、1500 W、2000 W,时间均为60 s的超声处理后浇铸。然后在520℃下固溶0～12h,175℃～225 ℃时效0～100h,得到不同处理工艺的试样。分别采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）分析显微组织形貌;透射电镜（TEM）、X-射线衍射（XRD）、差热分析仪（DSC）进行物相分析;布氏硬度机和电子万能试验机进行力学性能测试。来研究超声处理和Y含量对Mg-12Gd-0.5Zr合金铸态、固溶及时效处理的影响规律。得到以下主要结论:（1）超声处理可以细化Mg-12Gd-0.5Zr合金的显微组织,经超声处理后铸态Mg-12Gd-0.5Zr合金组织由粗大、不均匀的α-Mg逐渐转变为细小、均匀的等轴晶,同时增大第二相的体积分数。随着超声功率的增加,铸态Mg-12Gd-0.5Zr合金α-Mg等轴晶尺寸先逐渐减小后增大,第二相的体积分数先上升后下降。当超声功率为1500W时,Mg-12Gd-0.5Zr合金铸态α（Mg）等轴晶尺寸由50.5 μm（未超声）下降到28.4 μm,降低了 43.7%;第二相的体积分数由4.8%（未超声）上升到6.7%（面积比）,升高了 37.6%。（2）由铸态Mg-12Gd-0.5Zr合金力学性能变化曲线得出,随着超声功率的增加,Mg-12Gd-0.5Zr合金的布氏硬度和拉伸性能呈先增大后降低的趋势,在1500 W时达到峰值。硬度由75.6 HBW上升到77.1 HBW提升1.9%;抗拉强度由140 MPa上升至220.5 MPa.提升62.5%,延伸率提升500%。（3）当向Mg-12Gd-0.5Zr合金添加Y元素时,Y会与Mg反应生成Mg24Y5相,合金的显微组织由α-Mg与Mg5Gd及Mg24Y5相组成。随着Mg-12Gd-0.5Zr合金中Y含量提升,合金中的第二相也在逐步上升,呈网状分布在晶粒周围,Mg-12Gd-xY-0.5Zr合金力学性能也与Y含量成正比。Mg-12Gd-5Y-0.5Zr合金第二相体积分数为6.9%提高了 34.7%;合金布氏硬度为83.4 HBW,提升9.5%,抗拉强度为275 MPa,提升24.7%,延伸率提升66.7%。（4）超声和Y元素都会提高Mg-12Gd-0.5Zr合金的时效强化效果,随着超声功率的加入和Y含量的提高,Mg-12Gd-0.5Zr合金的峰值硬度和时效析出速度都逐渐提高。Mg-12Gd-0.5Zr合金经1500 W超声处理后200℃时效处理合金在40 h达到峰值时效,布氏硬度为111 HBW,相比无超声处理的175℃时效处理,在100 h达到峰值时效,硬度为100.35 HBW,峰值硬度提升10.6%,时效时间缩短150%。Mg-12Gd-5Y-0.5Zr合金时效峰值硬度为 138.2 HBW 对比 Mg-12Gd-0.5Zr 合金的 111 HBW,提升 24.5%。
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