Al、Zn对Mg-11Y合金组织与力学性能的影响

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镁合金因其具有高强度、高模量、轻质化等优点,在交通载具、航空航天和电子产品等工业领域得到广泛应用。Mg-RE-Al-Zn系合金因具有独特的结构和优异的综合力学性能成为了镁合金研究中心的热点。本文以Mg-Y系合金作为基础,设计制备了Mg-11Y(WAZ00)、Mg-11Y-0.5Al、Mg-11Y-1.0Al(WAZ10)、Mg-11Y-1.5Al、Mg-11Y-1.0Zn(WAZ01)、Mg-11Y-2.0Zn(WAZ02)、Mg-11Y-1.0Al-1.0Zn(WAZ11)和Mg-11Y-1.0Al-2.0Zn(WAZ12)(wt.%)合金,研究了Al、Zn合金化对Mg-Y-Al-Zn合金组织和室温、高温力学性能的影响,为高强韧、耐热镁合金的设计与开发提供了一定的参考。首先,本文通过将Al加入到Mg-11Y合金中,研究了不同Al含量对Mg-11Y合金组织与室温、高温力学性能的影响。研究结果表明,内生的Al2Y相可以作为α-Mg有效的异质形核质点来细化晶粒,细化效率较高。对合金进行热挤压与时效热处理后,Mg-11Y-1.0Al合金的室温拉伸屈服强度达到328MPa,相较于Mg-11Y基体合金提高了28 MPa;150℃和200℃拉伸时,Mg-11Y-1.0Al合金拉伸屈服强度分别为282 MPa和263 MPa。Al元素的添加,可生成高熔点的Al2Y颗粒。晶界处分布的高熔点Al2Y颗粒可有效钉扎晶界,抑制其运动,从而提高合金组织在高温下的稳定性,同时Al2Y颗粒可协调基体变形,提高合金的综合力学性能。其次,本文将Al、Zn元素复合添加到Mg-Y合金中,制备出Mg-Y-Al-Zn合金,研究了Mg-11Y-(0,1)Al-(0,1,2)Zn系合金在铸态、固溶态、挤压+时效态下的组织和室温、高温力学性能。研究结果表明,Mg-Y-Al-Zn合金主要由α-Mg相,LPSO相,Al2Y相和Mg24Y5相组成。对合金进行固溶处理会导致块状18R-LPSO相向块状14H-LPSO相转变;向合金中添加Al会促进块状、层片状LPSO相共同向块状14H-LPSO相转变。层片状LPSO相在不同的晶粒内部呈现出不同的方向,可以有效阻碍位错运动,并且可以通过扭折等方式协调基体变形,提高合金的综合力学性能。挤压+时效态Mg-11Y-1.0Zn(WAZ01)和Mg-11Y-1.0Al-1.0Zn(WAZ11)合金的LPSO的体积分数分别为8.0%、12.9%,其在室温下的拉伸屈服强度分别达到342 MPa和341MPa。在150~300℃温度区间进行拉伸性能测试,随着拉伸温度升高,含LPSO相合金(WAZ01,WAZ02,WAZ11,WAZ12)的屈服强度明显高于Mg-11Y基体合金。在300℃下,WAZ01和WAZ11合金的拉伸屈服强度分别达到176 MPa、164 MPa,远高于基体合金的130 MPa。LPSO相、Al2Y相和Mg24Y5相熔点高,在高温拉伸变形过程中,形貌和体积分数没有发生显著变化,起主要的强化作用。
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