含LPSO结构相的镁合金组织与性能研究

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Mg-Gd-Y系镁合金具有优异的力学性能,但是由于其成本较高,不利于普遍应用。所以,在保证力学性能优势的前提下,降低合金中稀土元素的含量,研制一些新型合金成为Mg-RE系合金重点发展的方向之一。据此,本文将以稀土元素Gd和Y总质量为9%、原子比为1:1的Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金系为基础,通过添1%、2%、3%的Zn元素获得具有长周期堆垛有序结构强化相的Mg-Gd-Y合金,考察固溶处理和变形工艺对合金微观组织及力学性能的影响,并探讨长周期堆垛有序结构相对合金组织性能的影响。结果表明,Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金中添加Zn元素,可以使合金组织中形成具有长周期堆垛有序结构的X-Mg12(Y,Gd)Zn相。随着Zn元素含量的变化,合金中长周期堆垛有序结构相含量呈先增多后减少的趋势。合金系经过500℃×16h固溶处理后,沿晶界分布的Mg5(Gd,Y)相转变为LPSO结构相,即发生β—-X的相变过程,晶界处LPSO结构相无明显变化。另外,Mg-6Gd-3Y-2Zn-0.5Zr合金经过500℃固溶处理64h后,晶粒尺寸没有明显长大,长周期堆垛有序结构相不能完全固溶到基体中;经过540℃固溶处理64h,晶界处长周期堆垛有序结构相基本溶解到基体中,针状LPSO结构相贯穿整个晶粒。为进一步研究长周期堆垛有序结构相对Mg-6Gd-3Y-2Zn-0.5Zr合金变形行为的影响,对经过500℃×10h均匀化处理的合金分别采取热挤压和热轧变形。合金经过450℃挤压变形后,LPSO结构相沿着挤压方向呈流线型分布,具有良好的塑性,挤压变形促进了晶内LPSO结构相的形成。室温下,挤压态合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为335MPa、276MPa和17%,具有良好的强韧综合性能。合金经过450℃轧制变形可以获得完整没有裂纹的板材。合金晶界处的LPSO结构相产生弯曲,并沿着流线方向分布,同时基体中生成层片状LPSO结构相。Mg-6Gd-3Y-2Zn-0.5Zr合金经过450℃轧制后的板材具有良好综合力学性能,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为340MPa、264MPa和12.3%。
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