准晶增强Mg-ZN-Y-(X)合金微观组织与力学性能研究

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准晶增强镁合金做为开发高强韧性镁合金及准晶的重要用途而备受瞩目。与传统的高强度镁合金相比,准晶增强镁合金在较高强度下仍能保持一定的韧性。结合准晶增强镁合金的优势,再此基础上引入微量合金元素固溶强化,实现准晶强化与固溶强化的复合强化作用,是开发高强韧性镁合金的一种新方式。  本文以Mg-6xZn-xY(x=0.25,0.5,0.75,1,1.25,at.%)合金为基础,先分别添加Mn、Cu、Zr元素,再同时添加Mn、Cu元素,以期开发低合金含量的多元高强韧性合金。主要研究了Mg-6xZn-xY合金随元素含量变化对合金微观组织和力学性能的变化规律,研究了添加Mn、Cu、Zr元素对合金微观组织及力学性能的影响。同时,研究了在特殊工艺条件下,合金微观组织及力学性能的变化情况。  本论文研究工作的主要结论如下:  1)随着Zn、Y元素的增加,Mg-6xZn-xY合金中Ⅰ-phase逐渐增多,挤压态Mg-6Zn-1Y合金中准晶相颗粒尺寸主要分布在0.1μm~0.3μm之间且分布均匀,合金α-Mg晶粒尺寸约为2.9μm,合金抗拉强度为373Mpa,延伸率13.5%;准晶相是Mg-6xZn-xY合金中微观组织形态和力学性能的决定因素。  2) Mn元素在Mg-3Zn-0.5Y合金中的较优添加量为0.1at.%,此时Mn元素固溶于α-Mg中,合金获得Mn元素固溶强化与准晶强化的复合强化作用,Mg-3Zn-0.5 Y-0.1Mn合金的抗拉强度约为329Mpa,延伸率约为19%;超出Mn在α-Mg中固溶度的Mn元素会以单质形式存在,影响准晶Ⅰ-phase的生成及分布状况反而会降低合金的强度;。  3) Cu元素添加后主要富集在Ⅰ-phase周围,并且会引起铸态组织中Ⅰ-phase与α-Mg层片厚度比例的增大,过量Cu元素添加会导致Ⅰ-phase层片粗化进而导致挤压变形后Ⅰ-phase颗粒的团聚现象,对合金力学性能有害;Cu元素在Mg-3Zn-0.5Y合金中的较优添加量为0.2at.%,Mg-3Zn-0.5Y-0.2Cu合金的抗拉强度约为334Mpa,屈服强度约为262Mpa,延伸率约为21%。  4) Zr元素的添加使得Mg-3Zn-0.5Y合金强化方式有所改变,合金由准晶强化主导改为由Zr元素引起的细晶强化主导,并且过量Zr元素的添加会导致合金挤压后二次再结晶倾向增强,合金较合适的Zr添加量为0.03at.%; Mg-3Zn-0.5Y-0.03Zr合金的抗拉强度为379Mpa,屈服强度在时效后可以达到353Mpa,同时仍然保持24%以上的延伸率,其综合力学性能远超Mg-6Zn-1Y合金,体现了准晶强化与Zr元素细晶强化的复合强化作用的优势。  5)微量Mn、Cu元素的添加对Mg-3Zn-0.5Y合金微观组织的影响较小,对合金力学性能中硬度、抗拉强度的影响也较小,其主要作用体现在对合金屈服强度的影响,在Mg-3Zn-0.5Y-0.04Mn-0.06Cu合金屈服强度达到263Mpa,较Mg-3Zn-0.5Y合金提高了15%。  6) Mg-3Zn-0.5Y铸锭在480℃保温20h后,经过挤压制备成具有超高延伸率的合金。其抗拉强度为188Mpa,延伸率达到42%。  7)在一定范围内,随着冷却速率提高,合金共准晶组织中的Ⅰ-phase层片变薄,出现大量的离异共晶Ⅰ-phase相。
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