论文部分内容阅读
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,使得合金最终的组织形态和相分布都与常压下完全不同,甚至可以改变常规条件下的相变顺序,从而有利于一些新相或新材料结构的生成。本文采用质量分数93%Mg,6%Zn,1%Y(wt)的经过扩散退火的铸造合金为母材,利用CS-1B型高压六面顶压机对Mg-6Zn-1Y合金试样进行超高压力下的凝固试验。利用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜并配合能谱(EDS)等分析手段,研究了超高压凝固下Mg-6Zn-1Y合金的晶体形态和相演变。实验结果表明：超高压下Mg-6Zn-1Y合金的凝固组织发生显著细化,二次枝晶间距由常压下的41μm减小到8-11μm;2-6GPa超高压下凝固,随着凝固压力的增大,a-Mg晶体形态由常压下的粗大等轴树枝晶→超细等轴树枝晶→柱状树枝晶→胞状“树枝”晶,固/液界面趋于稳定。在2-4GPa下凝固时,a-Mg晶体枝晶内存在严重的枝晶偏析,偏析比分别为8.33和7.53；6GPa下,胞状界面存在偏析,但晶内偏析程度大幅下降,溶质原子分布趋向均匀化。常压下实验合金的凝固组织由a-Mg相,I-Mg3YZn6相和S-Mg12YZn相三相组成。在GPa级超高压下凝固时,不但从液相中直接结晶出a-Mg相,还从液相中结晶出S-Mg12ZnY相,结晶出的S-Mg12ZnY相在随后的凝固过程中生长成“花瓣”状或“条形”；此外,在超高下的凝固组织中还发现有呈粒状生长的高Y含量的Mg-Zn-Y三元相；故高压下Mg-6Zn-1Y合金的室温凝固组织由a-Mg相,I-Mg3Zn6Y, S-Mg12ZnY相和高Y含量Mg-Zn-Y新相4相组成。XRD分析显示,高压凝固导致a-Mg相衍射峰向右偏移,a-Mg相的晶格指数a和c分别由常压下的0.32112nm和0.52488nm减小到6GPa下的0.31938nm和0.51747nm。常压下Mg-6Zn-1Y合金的显微硬度为59HV,高压下的硬度可以达到85HV(6GPa),与常压相比升高了44%。同时,高压下热膨胀系数升高,但弹性模量由常压下的68.2GPa减小到6GPa下的58.6GPa。