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稀土变形镁合金优异的综合力学性能,成为镁合金领域的研究热点之一。本文分别选取Mg-A1系和Mg-Zn系变形镁合金为研究对象,通过光学金相分析(OM),扫描电子显微分析(SEM),X射线衍射分析(XRD),透射电子显微分析(TEM),等离子耦合光谱分析(ICP),室温拉伸试验等多种分析和测试手段,系统研究稀土对变形镁合金显微组织和力学性能的影响。
本文研究表明,AE系合金铸态显微组织都是典型的枝晶组织,主要由a-Mg基体、呈杆状或颗粒状的Al4RE相和不规则块状相Mg17Al12组成。随着RE元素的增加,合金中Al4RE相增多且沿晶界偏聚,合金强度、塑性降低。在低稀土含量AE41~AE71合金系中,随着A1含量增加,合金中Mgl7All2相增多,逐渐沿晶界形成网状,Al4RE相的量基本不变。Al的固溶强化和强化相Mg17Al12的共同作用使合金强度、塑性升高。在高稀土含量AE43~AE73合金系中,主要的第二相为Al4RE,A1含量增加使其细化、且呈弥散分布,是合金性能优化的一个重要原因。
对挤压后AE系合金的组织、性能进行研究发现,稀土元素的加入提高了合金的再结晶温度,而合金中的Al则有利于热变形过程中动态再结晶的顺利进行,但二者对再结晶后的晶粒大小均没有明显影响。随着RE元素的增加,挤压后合金强度升高、塑性降低;Al含量增加则使合金强度、塑性均呈上升趋势。退火之后,合金强度下降,塑性大幅升高。
在Mg-Zn-Y系合金中,铸态组织由a-Mg基体和中间相组成。随Y含量的增加,合金中Zn、Y原子比发生改变,导致中间相逐渐由I相向W相转变,且中问相的百分数增加。与此同时,基体晶粒尺寸逐渐减小,中间相由分散的杆状向连续网状转变。
均匀化处理使得Mg-6Zn-1Y和Mg-6Zn-2Y合金晶粒内部有大量细小弥散的MgZn相析出。热挤压后,Mg-Zn-Y系合金的中间相破碎,沿挤压方向呈颗粒或纤维状分布,合金在挤压过程中发生动态再结晶。挤压态合金中存在两种尺寸的第二相。与铸态合金相比,挤压态合金受细晶强化、颗粒强化的共同作用,综合力学性能得到明显改善。
固溶处理(T4)工艺使合金内第二相大量溶解。然而,长时间保温造成晶粒长大,并消除了挤压变形后的加工硬化,因此,固溶处理后,合金强度降低,塑性提高。
合金固溶后时效(T6),合金中析出弥散分布的析出相,对合金产生析出强化作用。然而,T6处理后合金室温强度低于挤压态,而塑性高于挤压态,这是由于T6处理析出相的强化作用与高温固溶给合金带来的软化作用共同作用的结果。
挤压后直接人工时效(T5),既未完全消除加工硬化,又产生时效强化,可以得到形变强化和时效强化的双重作用,合金表现出比T4、T6态更高的强度。