论文部分内容阅读
本文以二元Mg-2Dy（at.%）合金为基础,研究了添加不同含量Zn对Mg-2Dy合金的显微组织,时效行为和拉伸力学性能的影响规律并探讨了相关机理。首先,通过合理的固溶和时效处理,优化出了含有高体积分数的新型长程有序（LPSO）相增强的耐热Mg-2Dy-0.5Zn（at.%）合金。进而研究了挤压Mg-2Dy-0.5Zn合金的显微组织,时效行为及室温和高温的拉伸力学性能。并探讨了挤压Mg-2Dy-0.5Zn合金在不同温度和应变速率下的变形机理。本合金中这种高体积分数具有优异耐热性的LPSO相的形成和发展增强了合金的时效硬度,显著的提高了合金的高温拉伸强度并使合金呈现超塑性行为。本论文工作的研究结果如下:1. 0.5at.%Zn的添加使Mg-2Dy合金在晶界处形成了层片状的18R类型LPSO相。该相具有较高的热稳定性。在525℃,10h的固溶热处理后,LPSO相由分布在晶界处的18R类型转变成晶内的14H类型。当Zn含量为1.0at.%,颗粒状的Mg3Zn3Dy2相形成于α-Mg基体中并存在于随后的固溶和时效处理态,同时合金的晶粒得到显著细化。0.5at.%Zn的添加增强了合金的时效硬化行为,但过量的Zn则导致合金的时效硬化降低。拉伸测试结果显示,0.5at.%Zn和1.0at.%Zn的添加有效的提高了铸态和峰值态合金的室温和高温拉伸强度。晶粒细化、LPSO相强化和Mg3Zn3Dy2相的析出强化是合金产生高拉伸强度的原因。2.在180℃时效处理中,14H类型的LPSO相在Mg-2Dy-0.5Zn合金的α-Mg过饱和固溶体中形成和发展,其体积分数随时效时间的增加而增加。同时（Mg, Zn）xDy颗粒相的尺寸,分布和数量也发生了变化。合金在36h和80h处先后出现了时效硬化峰,其峰值硬度分别为81Hv和79Hv,与Mg-2Dy合金的峰值硬度值相比,其硬度值增加了11%。实验结果显示合金表现为双峰时效行为,该行为的主要机制归结为（Mg, Zn）xDy颗粒相的析出强化和LPSO相强化。第一个时效峰的产生主要归结于大量（Mg, Zn）xDy相的析出强化。第二个时效峰的形成主要由于高体积分数的14H LPSO相强化。3.挤压细化了Mg-2Dy-0.5Zn合金的晶粒,弥散了（Mg, Zn）xDy颗粒相,使LPSO相发生弯曲并形成了扭曲带或扭曲界。扭曲的LPSO相带间α-Mg基体的位错密度的增加,提高了合金的拉伸强度。拉伸测试结果显示挤压峰值态Mg-2Dy-0.5Zn合金显示了出色的高温拉伸强度。在300℃,合金的屈服强度,最大抗拉强度和断裂延伸率分别为245MPa,260MPa和36%。这些优异的拉伸强度主要归结于14H LPSO相强化,晶粒细化和（Mg, Zn）xDy颗粒相的析出强化。4.在低温（室温200℃）不同应变速率下,挤压Mg-2Dy-0.5Zn合金的流变应力随应变速率的增加而增加,但断裂延伸率变化很小,实验测得m的平均值为0.01949。断裂试样的表面出现典型的剪切带。在300℃不同应变速率下,合金仍维持较高的流变应力,断裂延伸率随应变速率的降低而显著增加。当（ε|.）=3×10-5s-1,其断裂延伸率为100.5%,合金表现为超塑性。合金具有两个m值,高应变速率下(8×10-4s-1﹤（ε|.）﹤3×10-1s-1), m =0.01445;低应变速率下(3×10-5s-1﹤（ε|.）﹤8×10-4s-1), m=0.37944。在高温（200300℃）实验测得合金的变形激活能Q=88.79kJ/mol。研究结果表明,合金在低温不同应变速率和300℃高应变速率下的塑性变形机制主要是以剪切带协调的位错滑移;而在300℃低应变速率下的超塑性变形机制主要是以晶界扩散协调为主的晶界滑移。