Mg-Zn-Zr-Y合金的显微组织和力学性能研究

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本文通过对Mg—Zn-Zr—Y合金进行熔炼制备、热挤压和热处理,分析研究了不同成分含量稀土元素Y以及产生的第二相对合金显微组织、机械性能和阻尼性能的影响。研究结果表明: (1)铸态Mg—Zn-Zr—Y合金的相组成主要由α-Mg、I相和W相构成,I相主要分布在晶界三结合点处,而W相分布在晶界处:当Zn/Y比高于5.31时,合金中的主要相为α-Mg和I相;当Zn/Y比低于3.00时(高于1.10),合金中的主要相为α-Mg、I相和W相;同时,添加稀土元素Y可以显著细化Mg—Zn-Zr—Y合金铸态的晶粒,净化晶界;铸态时,5#铸态合金(WY%=0.98)具有最佳的力学性能(硬度66.2HB,抗拉强度280MPa,延伸率5.4%)。此外,铸态Mg—Zn-Zr—Y合金通过均匀化处理之后,可以在一定程度上消除枝晶偏析。 (2)Mg—Zn-Zr—Y合金经过热挤压后,均发生了不同程度的动态再结晶现象,晶粒明显细化。合金组织纵向上Mg—Zn-Y第二相呈现出带状纤维组织,横向上的组织为动态再结晶和变形晶粒共存的现象;挤压态Mg—Zn-Zr—Y合金较铸态合金的强度有了一定程度的提高,随着Y含量的变化发生着不同的变化:抗拉强度先增大后减小,延伸率先减小后增大,在Y含量为0.98%时(5#合金)有最优的综合力学性能(抗拉强度375MPa,延伸率11.75%)。合金的强化机制以第二相强化与细晶强化为主。 (3)Mg—Zn-Zr—Y合金在时效时第二相以及析出相具有以下的特点:随着时效时间的进行,晶界处的树枝晶被打断,二次相部分溶解并球化,并且基体逐渐有析出相析出,硬度升高;随着时效温度的升高,基体上析出相析出速度越快,析出相粒子粗化,当时效温度达到300℃时,第二相明显粗化,合金硬度下降。挤压后Mg—Zn-Zr—Y合金具有良好的热处理性能,合金在经过人工时效后的强度均有明显上升。通过分析合金时效之后的布氏硬度和拉伸性能可以得出合金的具体热处理工艺为:1#合金175℃/12h;5#合金200℃/18h:6#合金200℃/16h:、8#、9#合金200℃/18h。 (4)Mg—Zn-Zr—Y合金在高频下依然具有较好的阻尼性能。随着Y含量的增加,合金的阻尼性能先增大后减小,并在Y含量为0.98%时有最大的阻尼性能,Q-1为0.55×10-3(T=20℃,f=1kHz);在温度和频率不变的条件下(T=20℃,f=1kHz),Mg—Zn-Zr—Y合金的阻尼性能随着铸念、挤压态和热处理念的依次进行而上升。此外,合金的阻尼性能均随着频率的增加而呈下降趋势。Mg—Zn-Zr—Y合金的宏观阻尼行为是由界面阻尼与位错阻尼二者迭加的结果共同决定的。
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