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Mg-Gd-Y系镁合金强韧化研究

张磊  
【摘要】:众所周知,镁合金虽具有诸多的优点,但是存在强度低、塑性差、防腐性差和高温性能差等一些缺陷。本文从提高镁合金的强度和韧性的角度,研究了Mg-15Gd-3Y合金的铸态、挤压及其经时效处理后的显微组织和力学性能,得到了一些有意义的结论。 首先,该合金的铸态组织呈枝晶状,主要物相为Gd、Y在镁中的固溶体α-Mg和晶界晶内的Gd、Y共晶化合物颗粒。480℃/4h是最佳的固溶工艺,固溶后晶界平直化,晶粒长大。固溶温度太高或时间太长,稀土元素富集球化,合金中出现共晶复熔现象。该合金铸态的抗拉强度为156.5MPa,延伸率为1.5%;T4态的抗拉强度为206Mpa,延伸率为3.2%;T6态的抗拉强度为257Mpa,延伸率为3.84%。其次,对Mg-15Gd-3Y合金进行了挤压变形。棒料挤压时发生再结晶,其不同部位因变形程度的不同,组织也具有明显的不均匀性;边缘处再结晶晶粒非常细小,沿着挤压方向有很明显的取向性;而中间区域再结晶不明显,存在较为粗大的未再结晶晶粒。挤压后该合金的拉强度约300Mpa,延伸率约10.62%。对挤压合金进行了时效处理,随着时效时间的延长,合金的硬度值总体呈现先上升后下降的趋势。最佳时效工艺是225℃/14h,硬度能达到最大值135HV。抗拉强度最高达446.67MPa,此时延伸率为6.69%,时效工艺是200℃/100h。 最后,通过透射电镜等手段对该合金的强韧化机理进行了研究。结果表明,在225℃/14h下,晶内弥散析出很多纳米尺度的稀土亚稳β′相且与基体有着良好的共格匹配性,使合金具有很高的强度和硬度,但会损失一部分塑性;而在225℃/70h的过时效状态下,纳米尺度的亚稳相长大成稳定β相且与基体失去共格匹配关系,晶格畸变减弱,使得合金强度硬度下降,塑性回升。在最高强度的200℃/100h时效下,合金析出呈网状或鱼鳞状的纳米尺度时效析出亚稳β′相,有效地阻碍亚晶界和位错的运动;析出相的形成导致晶格常数的变化,起到晶格畸变强化的作用;颗粒相的弥散均匀分布对镁基体起到颗粒强化的作用;因此,该合金中由于Gd的存在,具有很好的时效强化特点。在形变强化、时效析出强化以及固溶强化的综合作用下,合金具有很高的力学性能。


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