高强度变形镁合金ZK60合金相的控制与成分优化

【摘要】：研究确定高强度变形镁合金ZK60合金相的形成和转变规律，分析化学成分、熔铸工艺、热处理工艺对合金相特征参数的影响，为合金相的控制以及化学成分的优化提供依据，从而促进整个变形镁合金的发展，使镁合金的发展摆脱长期以来主要以铸造镁合金为主的现状，加大变形镁合金在工业产品中的应用，推进镁合金产业化进程。 实验综合应用了金相分析、X-衍射分析(XRD)、差热分析(DSC)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDX)分析、透射电子显微分析(TEM)等实验手段，对铸态、固溶及时效状态下的ZK60镁合金的合金相的种类、形态、数量、分布进行了分析；在ZK60的基础上，改变主加合金元素Zn、Zr的含量，研究了不同Zn、Zr含量对ZK60合金合金相的影响；实验还在ZK60合金的基础上，研究了含钇不含锆和既含钇又含锆的铸态合金晶界共晶相的形态和分布。 实验结果表明，ZK60镁合金铸态组织中存在大量共晶组织，共晶组织主要由α-Mg和MgZn相组成，其形态和分布具有多样性。分段固溶工艺(380℃×12h+510℃×12h)最大限度消除了共晶组织，使固溶样品显微硬度接近镁基体。在铸态、固溶处理和时效处理的ZK60镁合金中均存在MgZn_2相，它们无取向分布，形貌呈近似平行四边形，大小在200nm～500nm之间，对热处理不敏感。时效ZK60镁合金中的第二类析出相是MgZn相，形态为长约500nm的条状，与基体有严格的位相关系。第三类析出相是Mg_2Zn_3相，形态为长约100nm的短杆状，它是时效ZK60镁合金中数量最多，尺寸最小，分布最均匀的析出相。 随Zn含量增加，铸态ZK系列合金晶界共晶相数量先减少后增加，尺寸则越来越细小，分布越来越弥散。随着Zr含量的增加，Mg-Zn二元相的相对量显著减少；Zr不仅固溶在基体中作为形核的核心，它同时参与化合物的形成，甚至以单质形式出现。含Y合金晶界共晶相主要以两种形态出现，一类是在三角晶界形核的“鱼骨状”组织；另一类是几乎包围整个晶粒的连续网状组织。在含Y合金晶界共晶相的边缘，发现了大量弥散的颗粒状析出物，呈放射状向晶粒内部延伸分布。“鱼骨状”相由Mg-Zn二元相和Mg-Zn-Y三元相组成，网状组织是“鱼骨状”组织中的Mg-Zn-Y三元相离异生长的结果。