高压扭转变形高强Mg-Y-Ni合金的显微组织和力学性能研究

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镁合金优良的性能使其在汽车和航空航天工业等领域有广泛应用,是一种很有前景的绿色结构材料。但是镁合金存在着绝对强度低、成形性差、热稳定性差等缺点,添加稀土元素形成LPSO相可以有效改善镁合金的性能。高压扭转变形由于三向静水压力的加载条件可以产生较大的累积应变,有效强化合金,本文选用铸态Mg-6Y-4Ni合金为研究对象,在室温对铸态合金下进行不同圈数的高压扭转变形,分析随着应变的增加,合金显微组织和力学性能的变化,探究长周期堆垛有序相(Long Period Stacking Ordered Phase)的变形机制及合金强化机制。铸态合金由板条状的18R-LPSO相、α-Mg基体和富Y相组成。高压扭转变形后,合金的相组成不变,随着应变程度的增加,LPSO相由轻微弯曲变为大角度扭折变形,由于直径方向上的应变不同,LPSO相的变形存在不均匀性,变形圈数越大,不均匀性越弱。扭转圈数越高,扭折带数量越多,大角度扭折带比例越高,扭折带也逐渐细化。剧烈塑性变形使合金中产生了高密度位错,位错之间相互缠结形成了位错胞、位错墙等位错亚结构,随着应变程度的增加,这些位错亚结构也不断细化,起到了细化LPSO相的作用。5圈后发现了扭折带沿着扭折带边界破坏的现象,形成了细小的LPSO相晶粒,分析可能是由于高应变提供了原子扩散的驱动力,扭折带边界处的LPSO相逐渐转变为α-Mg的过饱和固溶体。铸态合金的显微硬度约为93.2HV,在经过1/8圈高压扭转变形后,合金的显微硬度提高了约50HV,随着变形圈数的增加,显微硬度逐渐升高,20圈高压扭转变形后合金的显微硬度较铸态合金提高了约70HV。由于变形程度的不均匀,沿直径方向上的显微硬度也有梯度变化,这种显微硬,度沿直径方向,的离散分布程,度随着高压扭转,变形圈数的,增加而减小。合金的高硬度的形成主要有两方面的原因,一是高压扭转引入的剧烈塑性变形。二是LPSO相本身就是一个强化相,本合金的LPSO相的体积分数为92%。20圈高压扭转变形后,试样边缘位置的等效应变有7左右,合金的应变硬化效果优于其它以α-Mg为基体的商用镁合金和稀土镁合金。剧烈变形产生了高密度的位错和扭折变形,形成的位错胞、位错墙等亚结构和扭折带有很强的强化效果,合金的硬度随扭折带数量的增加而升高。合金中存在LPSO相与镁基体交替排列的层状组织,两相的弹性模量相差较大,由于背应力效应也起到强化作用,且α-Mg/LPSO相的共格界面可以为基面位错滑移提供更强的势垒,也有利于合金的强化。
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