【摘 要】
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稀土元素（RE）添加到镁合金中,其弥散强化、固溶强化和时效强化效果明显,同时能有效细化晶粒,改善镁合金室温或高温力学性能,对研究开发新型镁合金,拓展其工业应用范围具有重要的研究意义。本文以RE对高锌变形镁合金组织的细化作用为研究目的,选取Mg-6Zn-1Mn-3Sn（ZMT613）镁合金为基体材料,采用合金化方法在镁合金基体中分别加入0.5wt.%RE（RE=Dy、Ho、Yb、Sm）稀土元素。利用
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稀土元素（RE）添加到镁合金中,其弥散强化、固溶强化和时效强化效果明显,同时能有效细化晶粒,改善镁合金室温或高温力学性能,对研究开发新型镁合金,拓展其工业应用范围具有重要的研究意义。本文以RE对高锌变形镁合金组织的细化作用为研究目的,选取Mg-6Zn-1Mn-3Sn（ZMT613）镁合金为基体材料,采用合金化方法在镁合金基体中分别加入0.5wt.%RE（RE=Dy、Ho、Yb、Sm）稀土元素。利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、差热分析（DSC）等实验手段,分析了铸态、挤压态和固溶态ZMT613-0.5Dy/Ho/Yb/Sm镁合金的晶粒尺寸、化合物数量、种类及形貌等组织特征量的变化,研究这四种稀土元素对合金组织的细化作用。研究结果如下:Dy、Ho、Yb、Sm对铸态、挤压态及固溶态ZMT613合金晶粒尺寸的影响各不相同。对于铸态合金,添加稀土元素使得合金组织的二次枝晶间距均有不同程度的减小,对合金的晶粒细化效果由强到弱排列为Ho＞Dy＞Yb＞Sm。经过热挤压变形处理,各合金组织均发生了动态再结晶,但添加稀土元素后的合金组织动态再结晶程度更大,再结晶区域的晶粒细化明显。与挤压态ZMT613基体合金相比较,挤压态ZMT613-0.5Dy/Ho/Yb/Sm合金的平均晶粒尺寸有增有减。结合Particle Stimulation Nucleation（PSN）机制及第二相的协同作用分析可得Yb和Ho能显著细化挤压态合金组织,Dy和Sm使得挤压态合金组织略微粗化。对于固溶态合金,四种稀土元素对合金晶粒尺寸的影响程度差别不大,但相比于ZMT613基体合金,总体上均呈细化趋势。Dy、Ho、Yb、Sm使得ZMT613合金中第二相的种类、含量及形貌均有所变化。铸态ZMT613-0.5Dy合金的第二相连续性增加,有棍棒状Mg2Dy相;ZMT613-0.5Ho合金的第二相更为弥散细小,有碎粒状Mg24Ho5相;ZMT613-0.5Yb合金的第二相变得连续且粗大,有片块状Mg Sn Yb相;ZMT613-0.5Sm合金的第二相为半连续状态且尺寸大,有骨骼状Mg41Sm5相。这些稀土相熔点较高,热稳定性好,可在合金中强化基体,提高合金的耐热性能和抗蠕变性能。挤压变形显著碎化了ZMT613-0.5Dy/Ho/Yb/Sm合金中的第二相,微小片、块状的第二相主要分布在合金的动态再结晶区域。提高固溶温度和延长固溶时间对合金固溶效果的影响有所差别,第二相析出物数量减少不明显,当固溶工艺设定在470℃+2h时,五种合金均有明显的"过烧"现象。Dy、Ho、Yb、Sm可影响铸态、挤压态和固溶态ZMT613合金的室温力学性能。这四种稀土元素提高了铸态和固溶态合金的显微硬度值,固溶态ZMT613-0.5Dy/Ho/Yb/Sm合金的显微硬度值随固溶温度的提高和固溶时间的延长而减小。但挤压态合金强度和塑性受这四种稀土元素影响各异,根据细晶强化和固溶强化分析,添加0.5wt.%Ho和Yb细化晶粒效果比较明显,会促使挤压态合金的强度和塑性得到提高,而添加0.5wt.%Dy和Sm没有细化晶粒,使得挤压态合金的强度和塑性没有提升。
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