第二相形貌对挤压态Mg-9Gd-0.8Al合金组织及力学性能的影响

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本文通过重力金属型铸造制备Mg-9Gd-0.8Al合金,通过不同时间的固溶处理调控出三种不同第二相形貌的合金试样,分别对其进行挤压变形和时效处理,通过微观组织观察(OM、SEM、TEM、EBSD等)和力学性能测试(维氏硬度、室温拉伸),分析了Mg-9Gd-0.8Al合金固溶处理中的组织演变规律,探明了固溶析出层片相的成分结构及析出回溶机理;重点研究了挤压前第二相形貌对Mg-9Gd-0.8Al合金在变形过程再结晶行为、织构和力学性能的影响以及后续时效处理对组织和性能的演变规律。具体研究结果如下:铸态Mg-9Gd-0.8Al合金(以下简称为AC态合金)组织由α-Mg基体、晶界处的花瓣状(Mg,Al)3Gd相、细条状Mg5Gd相和晶内的方块状Al2Gd相组成。固溶处理10 h后(以下简称为SS10态合金),Mg5Gd相溶解,(Mg,Al)3Gd相部分溶解,高熔点Al2Gd相无变化,晶粒内析出层片状(Mg,Al)2Gd新相,该相晶体结构为fcc,晶格参数为7.92(?)。固溶处理50 h后(以下简称为SS50态合金),析出层片相回溶至α-Mg基体,基体中残余未溶解(Mg,Al)3Gd相发生球化。对AC态、SS10态和SS50态合金进行挤压变形,采用的挤压温度分别为380℃、400℃和450℃。三种合金经过挤压变形后均发生了动态再结晶(DRX)行为,挤压后Mg5Gd部分回溶,破碎的(Mg,Al)3Gd相通过PSN机制促进DRX晶粒形核,破碎的(Mg,Al)2Gd分布在DRX晶界阻碍晶粒长大。从AC态到SS50态挤压合金,组织中变形晶粒所占比例逐渐减小,SS50态挤压合金发生了较为完全的DRX。三种变形温度下AC态挤压合金在380℃所得DRX晶粒最小,SS10态和SS50态挤压合金在400℃所得DRX晶粒最小。AC态挤压合金具有典型的挤压镁合金<10(?)0>//ED丝织构,SS10态挤压合金形成了{0001}<10(?)0>或{11(?)0}<10(?)0>//ED板织构,SS50态合金挤压后无明显织构。AC态合金在380℃的变形温度下综合力学性能最好,屈服强度(YS)、抗拉强度(UTS)和伸长率(EL)分别为286 MPa、347 MPa和14.8%。SS10态合金在400℃的变形温度下综合力学性能最好,YS、UTS和EL分别为240 MPa、298 MPa和19.3%。SS50态挤压合金在400℃的变形温度下综合力学性能最好,YS、UTS和EL分别为185 MPa、271 MPa和29.7%。挤压态合金的强化机制为细晶强化,Orowan强化,织构强化以及位错强化。对三种变形温度下力学性能最好的AC、SS10和SS50态合金在225℃下进行时效处理,达到峰值时效的时间分别为2 h、12 h和48 h,其中AC态和SS10态合金时效响应明显,SS50态合金时效相应不明显。时效处理后,三种合金的晶粒尺寸稍有长大。380℃条件下的AC态挤压合金在峰值时效后力学性能好,YS、UTS和EL分别为254MPa、362 MPa和13.7%。400℃条件下的SS50态挤压合金在峰值时效后塑性最好,YS、UTS和EL分别为179 MPa、271 MPa和31.2%。挤压态Mg-Gd-Al合金时效处理后塑性与挤压态合金相近。
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