【摘 要】
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可持续发展的轻质金属结构材料镁合金被广泛地应用于汽车、列车、航空、军工、电子器械及生物医疗等领域。由于现阶段镁合金的强度和韧性依旧达不到部分工业场景的需求,限制了其进一步的应用,因此,开发高强韧镁合金成为近年来研究的主流趋势。Mg-Gd-Y-Zr系合金是典型的高强高韧镁合金体系之一,本课题以Mg-9Gd-3Y-0.5Zr为基体合金,再加入一种稀土进行元素合金化,通过热处理和挤压工艺,制备高强韧的稀
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可持续发展的轻质金属结构材料镁合金被广泛地应用于汽车、列车、航空、军工、电子器械及生物医疗等领域。由于现阶段镁合金的强度和韧性依旧达不到部分工业场景的需求,限制了其进一步的应用,因此,开发高强韧镁合金成为近年来研究的主流趋势。Mg-Gd-Y-Zr系合金是典型的高强高韧镁合金体系之一,本课题以Mg-9Gd-3Y-0.5Zr为基体合金,再加入一种稀土进行元素合金化,通过热处理和挤压工艺,制备高强韧的稀土镁合金。一方面,添加微量的轻稀土La元素,熔炼了Mg-9Gd-3Y-x La-0.5Zr（x=0,0.2,0.5,0.8wt.%）四种镁合金。探究了铸态合金的微观组织并优化出最优的固溶热处理工艺。同时,探究了合金热挤压后的微观组织并测试其力学性能。微量La的添加细化了铸态合金的晶粒。挤压变形后,合金Mg-9Gd-3Y-0.5La-0.5Zr的力学性能最优,合金的拉伸屈服强度和延伸率分别是364MPa和10.9%。微量La细化了合金的动态再结晶晶粒,同时使合金的再结晶体积分数的增多,平均晶粒尺寸由4.12μm降至3.26μm,再结晶体积分数由21%提高至68%。La的添加并没有改变合金挤压带上及晶界处的第二相,只是明显引入了一些粗大的第二相Mg17La2,合金在峰值时效态下再结晶区和未再结晶区的析出相并没有发生变化。经过峰值时效后,合金Mg-9Gd-3Y-0.5La-0.5Zr的屈服强度达到480MPa。经过对微观组织的分析,合金强度的提升基本来源于晶界强化。另一方面,在基体合金中加入重稀土Er元素,制备了Mg-9Gd-3Y-x Er-0.5Zr（x=0.8,2.4,4.0 wt.%）三种合金。探索了铸态合金的微观组织和热处理条件,以及挤压后的微观组织形貌并测试其力学性能。研究表明:Er元素的添加不仅没有使合金中第二相体积分数增加,而且没有改变铸态合金晶界处的第二相物相结构,但Er元素降低了合金固溶时的温度和减少了固溶所需的时间。热挤压后,0.8wt.%Er的添加亦导致了合金动态再结晶的增多,合金的动态再结晶体积分数为53%;同时Er元素同样细化了合金的动态再结晶晶粒,平均晶粒尺寸由4.12μm降至3.63μm。合金Mg-9Gd-3Y-0.8Er-0.5Zr的综合力学性能最优,峰值时效态合金在室温下的拉伸屈服强度和极限抗拉强度分别是478和514 MPa,延伸率达到6.0%。分析发现合金的强度的提升的原因是晶粒细化而导致的晶界强化。
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