【摘 要】
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镁合金是目前工业上应用最轻的金属结构材料,镁合金具有密度低、强度高、弹性模量大、散热性好等特点,在航空航天、医疗器械、电子等领域具有巨大的应用潜力。由于镁合金在室温下绝对强度低、塑性加工变形能力差等缺点,在实际应用中受到很大限制。近些年来,研究者们一直寻找可以提高镁合金力学性能的强化相,LPSO相具有独特的堆垛结构,能够有效的提高合金力学性能和耐蚀性能,引起了学者们的广泛关注。虽然铸造镁合金制备工
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镁合金是目前工业上应用最轻的金属结构材料,镁合金具有密度低、强度高、弹性模量大、散热性好等特点,在航空航天、医疗器械、电子等领域具有巨大的应用潜力。由于镁合金在室温下绝对强度低、塑性加工变形能力差等缺点,在实际应用中受到很大限制。近些年来,研究者们一直寻找可以提高镁合金力学性能的强化相,LPSO相具有独特的堆垛结构,能够有效的提高合金力学性能和耐蚀性能,引起了学者们的广泛关注。虽然铸造镁合金制备工艺简单、成本低,但存在大量的铸造缺陷,其力学性能较差,变形镁合金可以有效改善铸造镁合金中存在的不足,在强度和延展性等方面都表现的更加优越。然而,目前对变形镁合金的研究相对较少,特别是成本低廉、性能优良且成形性较好的变形镁合金的研究和开发相对滞后,限制了镁合金的推广和应用。本文采用常规铸造方法制备含LPSO相的Mg-Gd-Zn合金,运用OM、SEM、EDS、XRD、TEM和EBSD等分析测试手段,研究不同合金成分和固溶处理对Mg-Gd-Zn合金中LPSO结构形成及类型的影响,采用热轧变形工艺制备Mg98Gd1Zn1（at.%）合金,研究轧制后Mg98Gd1Zn1合金中组织及性能的演化规律。本文主要的研究结果如下:（1）采用常规铸造法制备了不同Gd/Zn比的Mg-Gd-Zn合金。微观组织分析表明,当不添加Zn或者Gd含量较低（Gd/Zn=0.5）时,合金中没有发现LPSO相的存在,当Gd/Zn=1时,合金中出现少量精细针片状LPSO相,该相存在于晶粒内部,当Gd/Zn=2时,LPSO相开始增多并有少量LPSO相贯穿整个晶粒,另外,在晶界处还出现了层片状的LPSO相,这两种形貌不一的LPSO相晶格类型也不相同,前者为14H-LPSO结构主要位于晶粒内,后者则为18R-LPSO结构并主要位于晶界处,当Gd/Zn=3时,14H-LPSO和18R-LPSO数量进一步增加,此时合金中LPSO相数量最多;当Gd/Zn=4时,晶粒内LPSO相数量减少,晶界处LPSO相消失,出现了Gd元素富集的颗粒状相。室温拉伸试验表明,铸态Mg96Gd3Zn1合金的抗拉强度和屈服强度分别为179MPa和161MPa。（2）优化了不同Mg-Gd-Zn合金的热处理工艺。热处理结果表明,晶界处存在的块状LPSO相主要有两种来源,一是（Mg,Zn）3Gd相转化为晶界处块状14H-LPSO相;二是晶界处18R-LPSO相转化为晶界处块状14H-LPSO相,这主要是由于固溶处理后合金中晶界处第二相部分发生分解,一部分转变为晶界处块状14H-LPSO相,一部分以原有形貌存在于晶界处,这意味着18R-LPSO相在高温下的稳定性不如14H-LPSO相。动态极化曲线表明,Mg96Gd3Zn1合金在固溶处理后自腐蚀电位右移,说明固溶处理后Mg96Gd3Zn1合金的耐蚀性得到改善。当在500℃固溶处理后,Mg96Gd3Zn1合金中出现了块状的14H-LPSO相,硬度和抗拉强度分别为99 HB和182 MPa。（3）采用轧制变形工艺制备了变形量为50%的Mg98Gd1Zn1合金。微观组织分析表明,Mg98Gd1Zn1合金在轧制变形后第二相破碎严重且14H-LPSO相形貌发生扭折变形。EBSD结果表明合金中的织构主要表现为＜0001＞织构,整体的织构强度较弱,其最大强度为4.8。Mg98Gd1Zn1合金具有较强的晶粒取向,轧制后合金出现了变形孪晶组织;在500℃轧制后平均晶粒尺寸为1.47μm。室温拉伸试验表明,随着轧制温度的升高,合金的力学性能得到改善,在500℃下轧制后,合金的抗拉强度达到306 MPa,延伸率为8.3%。
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