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本文综述了镁合金的特点、应用现状及发展方向,介绍了Mg-Zn系合金的研究进展。利用显微硬度、光学金相、XRD、SEM、EDS和TEM等手段,对砂型铸造Mg-5Zn-0.6Zr-1RE-2Y镁合金的时效硬化行为和显微组织演变进行了研究。
Mg-5Zn-0.6Zr-1RE-2Y合金的铸态组织由镁固溶体和晶界共晶组织构成。镁固溶体晶内合金元素含量极低,晶粒内部没有析出相,晶内显微硬度较低。晶界的“鱼骨状”平衡及非平衡共晶组织由Mg、Mg3Y2Zn3(W)相和MgZn2(β2)相组成,而连续网状晶界组织是Mg3Y2Zn3(W)相。450℃×12h固溶处理后,晶界非平衡共晶组织溶解,致使晶界组织明显减少,变得纤细和呈不连续状,镁固溶体晶内的合金元素含量明显升高,同时晶粒内部有极少量Mg3Y2Zn3和MgZn粒子析出。
450℃×12h固溶和200℃时效后,合金随时效时间延长,晶内时效硬化效应增强,200℃时效8小时达到硬化峰值HV69。合金晶内大量析出W(Mg3Y2Zn3)相、β1(MgZn)相和β2(MgZn2)相,且随时效时间的延长,W(Mg3Y2Zn3)和β1(MgZn)的含量逐渐增多。较大尺寸的杆(块)状W相和极细小针状的β1相的形成是Mg-5Zn-0.6Zr-1RE-2Y合金时效强化的主要原因。合金出现过时效的原因有两方面:一方面是沉淀相粒子长大,与镁基体界面失配;另一方面是合金元素以合金相形式析出后,造成基体固溶强化作用减弱。450℃×12h固溶和100℃时效后,合金随时效时间延长,晶内时效硬化效应增强,100℃时效3个月时达到硬化峰值HV87。时效初期时合金晶内析出W相,随着时效时间的延长,合金晶内形成长周期结构X(Mg12YZn)相,并析出β1(MgZn)相,且含量逐渐增多。长周期X(Mg12YZn)相和细小针(棒)状的β1(MgZn)相的形成是Mg-5Zn-0.6Zr-1RE-2Y合金时效强化的主要原因。
合金无论高温时效或低温时效,都是随时效时间延长,晶内时效硬化效应增强,直至达到硬化峰值,时效时间继续延长,出现过时效,硬度降低。100℃低温时效3个月达到的硬化峰值HV87高于200℃时效8小时达到的硬化峰值HV69,主要归因子长周期X(Mg12YZn)相在低温时效的大量形成。W相和β1相的形成是200℃高温时效强化的主要原因,而X相和β1相的形成是100℃低温时效强化的主要原因。200℃高温和100℃低温时效晶内析出过程分别为:晶内过饱和α(Mg)→α(Mg)+W+β1+β2+X(微量),晶内过饱和α(Mg)→α(Mg)+W(少)+β1+β2+X(多)。