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本文通过对Mg-Zn-Y-Zr合金进行挤压和热处理,分析稀土钇以及产生的第二相对合金组织、变形行为和性能的影响。通过对合金进行的热模拟,以研究Mg-Zn-Y-Zr合金的热变形行为以及变形过程中的变形机制和动态再结晶机制,并用加工图制定出Mg-Zn-Y-Zr合金的最佳变形条件。
研究发现,Mg-Zn-Y-Zr合金铸态时,MgZn<,5.54>Y<,0.74>Zr<,0.39>合金的相组成为α-Mg和 I 相 (Mg<,3>Zn<,6>Y,二十面体准晶结构),MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金和MgZn<,5.55>Y<,1.72>Zr<,0.37>合金的相组成为α-Mg,I 相 (Mg<,3>Zn<,6>Y) 和 W相(Mg<,3>Zn<,3>Y<,2>)。在热挤压过程中,MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金中析出椭圆形 I 相和条形 W 相的颗粒。
I相与基体没有明确的位相关系, I 相作为二十面体共晶具有高度对称结构,与基体之间结合能较低,所以两者有较强的联系。W相和基体有一定的位相关系。
对三种 Mg-Zn-Y-Zr 合金进行热挤压,发现相较ZK60挤压合金的强度,Mg-Zn-Y-Zr挤压合金的强度较高.钇(Y)元素加入后第二相颗粒和沉淀相增多。
I相的颗粒和析出相,在合金中有较强的第二相强化作用.在Mg-Zn-Y-Zr合金挤压过程中,低温和高温时动态再结晶都能发生.第二相粒子弥散分布在Mg-Zn-Y-Zr 合金中,使得动态再结晶的方式以连续动态再结晶为主,动态再结晶晶粒难以长大.第二相粒子聚集在新晶粒晶界,也抑制了动态再结晶晶粒长大。功态再结晶晶粒晶粒细化,产生细晶强化效果。
挤压后人工时效过程使 MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金的室温拉伸强度改变不大,室温屈服强度略有升高,塑性大幅度提高,高温强度提高,高温塑性降低。MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金在挤压后的峰值时效过程中,Mg<,2>Zn<,11>和MgZn<,2>相弥散析出,MgZn<,2>相与镁基体有着共格关系.在过时效MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金中有MgZn相弥散析出,与基体没有共格关系。Mg-zn-Y-Zr 镁合金高温等温压缩应力应变曲线,显现稳态流变的特征。
Mg-Zn-Y-Zr合金是一种正应变速率敏感材料。实验证明可以用含Zener-hollomom参数的双曲正弦关系式来描述MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<0.42>合金的高温塑性变形过程中的流变应力、应变速率和温度的相互关系.MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金流变应力双曲正选项的自然对数和Z参数的自然对数间满足线性关系, MgZn<,5.53>Y<,1.35>ZF<,0.42>合金高温变形时流变应力0和变形温度T之间满足Arrhenius关系,意味着Mg-Zn-Y-Zr合金热压缩塑性变形是受热激活控制的.应力应变曲线在经过峰值后软化的趋势很明显,在应力方程中引入一个软化因子,得到流变应力方程为:σ=9048.3εε<0.0989> exp(-0.0067T-0.301ε)。ZK60和MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金加工图中的最佳加工区域分别在320℃,应变速率10<-1.8>和360℃,应变速率1.5×10<-3>.MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金最佳加工区域的温度较ZK60合金高和变形速率较ZK60合金低,能量耗散率较.ZK60合金高。ZK60合金中,温度400℃,应变速率10<-3>区域代表裂纹扩散过程。
MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金的加工图中没有这个区域,说明MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金的高温成形能力较ZK60合金好.通过对比ZK60和MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金的非稳图,ZK60合金非稳区域集中在高应变速率区域.MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金非稳区域集中在低温和高应变速率区域,温度越低非稳区域中的应变速率界限越低。MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金的变形稳态区域较ZK60合金广。
在高温变形条件下,MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金的动态再结晶机制以连续动态再结晶机制为主。在低温变形条件下,孪晶作为协调变形的重要变形方式存在,发生孪晶再结晶过程(TDRX)。MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金低温变形时的方式主要为基滑移和孪生.同时交滑移协调基滑移和棱面滑移.MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金低温变形产生的孪晶都属于{1012}型孪晶,出现了二次孪晶现象.MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金高温变形方式增多,攀移和锥面滑移系统参与变形,孪晶的作用弱化,以{10 1 2)型孪晶为主,有{1011}型孪晶出现。
从文中的分析可知, Mg-Zn-Y-Zr合金相较ZK60合金力学性能和变形能力都有所改善。