【摘 要】
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本文以Mg-8Zn-1Mn-3Sn镁合金为基础合金,采用合金化的方法在合金中添加稀土元素Gd,通过X射线荧光光谱分析（XRF）、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱分析仪（EDS）、布氏硬度计以及室温拉伸实验等表征测试手段系统研究了稀土Gd对Mg-8Zn-1Mn-3Sn镁合金铸态、挤压态的显微组织和室温力学性能的影响。同时系统研究了不同热处理工艺对Mg-8Zn
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本文以Mg-8Zn-1Mn-3Sn镁合金为基础合金,采用合金化的方法在合金中添加稀土元素Gd,通过X射线荧光光谱分析（XRF）、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱分析仪（EDS）、布氏硬度计以及室温拉伸实验等表征测试手段系统研究了稀土Gd对Mg-8Zn-1Mn-3Sn镁合金铸态、挤压态的显微组织和室温力学性能的影响。同时系统研究了不同热处理工艺对Mg-8Zn-1Mn-3Sn变形镁合金组织和性能的影响,通过对固溶态合金组织的研究分析,优化了合金固溶处理工艺,对比分析了在不同固溶时效处理后合金显微组织和力学性能的变化。最后系统探讨了超声处理对合金在凝固过程中MgSnGd相形貌以及大小的影响。结果表明:稀土Gd对铸态Mg-8Zn-1Mn-3Sn镁合金组织有明显细化作用,随着Gd含量增加,Mg-8Zn-1Mn-3Sn-xGd（x=0,0.5,0.8）合金晶粒尺寸逐渐减小。铸态Mg-8Zn-1Mn-3Sn镁合金组织主要由α-Mg基体、MgZn2、Mg7Zn3、单质Mn、MgZn、Mg2Sn相组成;添加Gd元素后,合金中出现了新的Mg-Sn-Gd三元稀土相。同时Mg-Sn-Gd三元稀土相在合金凝固过程中会率先形成并消耗大量的Sn元素,使得后形成的Mg2Sn相含量降低。合金中Mg-Sn-Gd三元稀土相的相成分随着Gd含量的变化而变化,当稀土Gd添加量小于1.0%时,合金新产生的Mg-Sn-Gd三元第二相主要呈针状及块状,并分布在晶界附近,少量分布于晶内。稀土Gd添加量大于1.0%时,合金体系中存在原子比1:1:1的MgSnGd三元稀土相。该稀土相呈杆状、块状,主要分布在晶内。合金经热挤压处理后,挤压态组织动态再结晶较为充分,平均晶粒尺寸约为4μm。这是由于Mg-Sn-Gd稀土相具有较高熔点和良好的热稳定性,能在热挤压过程中钉扎晶界并抑制动态再结晶晶粒长大,使再结晶晶粒尺寸非常细小且较为均匀。挤压态Mg-8Zn-1Mn-3Sn合金的抗拉强度、屈服强度先增加再降低。挤压态Mg-8Zn-1Mn-3Sn-0.5Gd力学性能最佳,其抗拉强度、屈服强度以及延伸率分别为356MPa、278MPa、11.4%。挤压态Mg-8Zn-1Mn-3Sn-0.5Gd合金在经420℃固溶处理2h,合金中大部分第二相溶解,晶界处只残留少量未溶解的第二相,合金固溶效果较好。对Mg-8Zn-1Mn-3Sn-0.5Gd合金进行400℃×3h+180℃×12h以及420℃×2h+180℃×12h不同固溶时效处理后,400℃×3h+180℃×12h合金的抗拉强度、屈服强度以及延伸率分别为345.5MPa、235MPa及5.4%。经420℃×2h+180℃×12h时效处理后,合金的抗拉强度、屈服强度以及延伸率分别为384MPa、337MPa及1.6%。合金抗拉强度、屈服强度明显提高,合金延伸率下降较大。其中合金屈服强度提升最为明显,相比于挤压态屈服强度提高了21.2%,抗拉强度相比于挤压态合金提高了7.8%。Mg-8Zn-1Mn-3Sn-1.2Gd铸态组织中存在较大尺寸的MgSnGd第二相,主要聚集在合金组织部分区域。当铸态组织经500W超声处理后,合金中大尺寸的MgSnGd第二相数量减少,同时MgSnGd三元相聚集现象消失,合金第二相分布均匀。大部分大块状MgSnGd相转变为粒状,部分杆状MgSnGd相转变为针状。这是由于超声处理的声流效应不仅能提高溶质原子在固液界面的传输能力,减小溶质富集层的厚度进而降低成分过冷度,同时在合金凝固过程中搅拌熔体,加速熔体的流动,促进了熔体中各溶质原子扩散,使Gd、Sn元素分布均匀且分散,降低成分偏析现象使得MgSnGd均匀分布在基体中。同时超声处理的空化效应会对金属熔体起一定的搅拌作用,能够破碎第二相及枝晶,同时细化晶粒。
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