喷射沉积含Nd镁合金的基础研究

【摘要】：利用喷射沉积技术制备了Mg-12.55Al-3.33Zn-0.58Ca-1.0Nd合金,采用X射线衍射仪(XRD)、差热分析仪(DTA)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电子能谱分析仪、扫描电镜拉伸台等材料分析测试手段,对挤压态、固溶态、时效态合金进行了微观组织结构和力学性能进行分析,并探讨了该合金的强化机制、断裂机制。 喷射沉积挤压态镁合金实验结果表明:合金中以α-Mg和Al2Ca相为主,没有发现其它化合相;差热分析曲线在合金熔化前没有出现峰值变化,结合XRD说明合金中除了Al2Ca外,没有其他第二相;镁基体组织为等轴晶,其晶粒度最小仅有1μm,最大不超过5μm,平均粒度为3μm;在镁基体晶界处分布大量的白色Al2Ca颗粒,平均尺寸1μm,有少量到达2μm,另外还在Al2Ca相中发现其孪晶的存在。挤压态镁合金的抗拉强度达到441.8(450.0)Mpa、屈服强度达到325.0(371.3)Mpa、延伸率达到5.0(6.4)%。 实验合金最佳固溶热处理工艺为485℃×2h,最佳单级时效工艺为180℃×18h。试验合金固溶热处理后,合金中第二相颗粒有所减少,回溶到Mg基体中;Mg基体晶粒度变化不大,这主要是由于合金晶界处存在大量的Al2Ca颗粒,它能有效得抑制合金在固溶热处理时基体晶粒长大。固溶热处理后合金抗拉强度为452.7(462.1)Mpa,屈服强度为245.8(280.4)Mpa,延伸率为9.4(10.2%)。固溶后立即淬火,经180℃时效18h处理,合金抗拉强度达到447.0(451.8)Mpa,屈服强度达到291.3(317.1)Mpa,延伸率达到7.6(8.7)%。 挤压态镁合金强度提高的主要强化机制为细晶强化、弥散强化,还有一定的固溶强化作用;经固溶热处理后,合金中第二相有所减少并固溶到Mg基体中,对合金强度起到了固溶强化的作用;时效态合金晶粒内、晶界处析出不连续沉淀相,对合金强度的提高起到了时效强化作用。经透射电镜高分辨相分析确定,析出沉淀相为Mg_(17)Al_(12)和Mg_(102.08)Zn_(39.06),其形状分别为长棒状和圆饼状。对挤压态、固溶态、时效态拉伸试样进行断口分析,发现断面存在大量呈石块状Al2Ca颗粒和微裂纹,表明各态合金的断裂方式均为沿晶断裂。