新型高强稀土镁合金的热处理工艺和强化机理研究

【摘要】： 论文采用拉伸力学性能测试,结合XRD、TEM、SEM、EDS的微观组织分析手段,研究了稀土元素和热处理工艺对Mg-5%Zn-1%Y-0.6%Zr-0.8%(Ce/Nd)和Mg-15%Gd-3%Y两种合金的组织和性能的影响。阐明了上述镁合金材料的合金成分-组织结构-变形行为-性能变化的相互关系和作用规律。 提出了稀土元素细化镁合金铸造组织的主要机理是:由于稀土元素的加入,使凝固过程中固/液界面前沿成分过冷度增大。加入适量稀土元素使铸锭在同等凝固条件下结晶时粗大的柱状晶完全转变成细小的等轴晶,晶粒细化效果明显。 研究发现,Mg-5%Zn-1%Y-0.6%Zr-0.8%(Ce/Nd)体系的主要热处理强化机制应是细晶和时效强化。其中,时效析出强化作用比较明显,合金中除了MgZn_2为已知强化相,Mg-Y-Zn-Zr准晶也是可能的强化相。 研究结果表明,Mg-15%Gd-3%Y体系的主要强化机制是时效析出强化,另外,变形强化、动态再结晶和孪晶也对性能有一定贡献。研究发现该合金体系的主要时效析出强化相为Mg_5(Gd , Y ), Mg_3Gd , Mg_(24)Y_5的亚稳析出物β''和β', MgGd_3也可能存在强化贡献。合金的时效析出序列为: SSSS→β'' ( DO_(19))→β'( cbco )→β( fcc)。时效初期、峰值时效、过时效各个阶段,合金中对应的主导析出相分别为:β''、β'、β,证实了β''和β'较之平衡相β对合金的硬度和力学性能贡献更大,是合金体系的主要强化相。