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本文在热力学计算的基础上,利用SiO2粉末与Mg制备了Mg-Si中间合金。利用Mg-Si中间合金、Mg-Y中间合金、纯Mg采取普通重力铸造法制备CT-WS41、CT-WS31、CT-WS21合金,这三种合金的成分分别为Mg-4wt.%Y-1wt.%Si、Mg-3wt.%Y-1wt.%Si、Mg-2wt.%Y-1wt.%Si。对CT-WS41、CT-WS31、CT-WS21合金进行T4、T6热处理,采用单次正挤压制备EX-WS41、EX-WS31、EX-WS21合金。利用OM、SEM、EDS、XRD、光电直读光谱仪等方法分析了合金的成分、组织与相组成,测试了合金的室温和高温力学性能。经分析得出如下结论:
1、用SiO2粉末、纯Mg为原料制备Mg-3wt.%Si中间合金。制备出的过共晶合金组织呈现“三层”特征,即初生Mg2Si被α-Mg包围,α-Mg又被(α-Mg+Mg2Si)共晶组织包围。铸态Mg-Y-Si合金(WS21、WS31、WS41)的组织由α-Mg相、(α-Mg+Mg2Si)共晶组织、在晶内和枝晶间分布的点状相以及分布在枝晶间的Mg-Y-Si三元点状相组成。
2、通过对α-Mg晶格常数的计算以及从原子尺寸、电负性、晶体结构三方面作比较,证明Y元素可固溶于α-Mg基体中形成固溶体。通过铸态合金的金相组织分析可知,Y元素可细化共晶Mg2Si及基体组织,且随着Y含量的增加,细化效果更加明显。
3、T4处理后,铸态Mg-Y-Si合金中分布在晶内和枝晶间的点状组织随着固溶温度以及固溶时间的增加逐渐消失,且晶粒有一定程度的粗化。在不同温度、不同时间下的固溶处理,分布在枝晶间的Mg2Si发生了明显的球化现象。
4、合金通过挤压比为17.4,挤压温度为300℃时的正挤压后,合金晶粒得到了很大程度的细化,与铸态合金相比,晶粒尺寸平均减小了大约40%左右。挤压态合金的室温力学性能主要取决于晶粒的大小,晶粒最细小的EX-WS31合金其抗拉强度达到了最大值287.47MPa。在相同的温度下,随着Y含量的提高,合金高温抗拉强度逐渐升高,EX-WS41合金在120℃、150℃以及180℃时抗拉强度分别为196.36MPa、190.53MPa、151.24MPa。
5、挤压态合金在室温以及高温拉伸时的断裂方式均为准解理脆性断裂。挤压态合金室温性能主要决定于细晶强化作用以及铸造缺陷的消除,其高温性能主要决定于晶界处分布了细小弥散的高温稳定第二相。