高強度Mg-Y-Zn鎂合金的研究.pdf

1、鎂合金具有比重輕、比強度、比剛度高、導熱導電性好、阻尼減振、電磁屏蔽、易于加工成形和容易回收等優(yōu)點，在汽車、電子通信、航空航天和國防軍事等領域具有及其重要的應用價值和廣闊的應用前景。但在鎂合金研究與應用中存在強度低的基礎性問題，制約著高性能鎂合金材料的開發(fā)與應用。 本文研究了合金元素Y、Zn和Zr對Mg-Y-Zn合金組織、性能的影響；分析了凝固過程的冷卻速度、固溶溫度、固溶后的冷卻方式、擠壓溫度、二次擠壓溫度等不同工藝對Mg97

2、Y2Zn1合金組織性能的影響；并以等通道角擠壓法加工制取了高強度Mg-Y-Zn合金；利用熱模擬技術研究了Mg97Y2Zn1鎂合金的中高溫變形行為；研究了長周期有序結構對Mg-Y-Zn合金的強化作用。研究發(fā)現(xiàn)，Y、Zn和Zr合金元素對Mg-Y-Zn合金組織、性能有很大的影響。Mg98Y1Zn1、Mg97Y2Zn1、Mg96Y3Zn1、Mg95.5Y3Zn1.5、Mg94Y4Zn2合金鑄態(tài)組織都呈現(xiàn)典型的樹枝晶結構，Y元素含量或Y和Zn元素

3、總量越高，樹枝晶越細，第二相數(shù)量增加。XRD分析表明，Mg98Y1Zn1合金含有W-Mg3Zn3Y2相和X-Mg12ZnY相，而Mg97Y2Zn1、Mg96Y3Zn1、Mg95.5Y3Zn1.5、Mg94Y4Zn2則只含有X-Mg12ZnY相。Mg97Y2Zn1、Mg96Y3Zn1、Mg95.5Y3Zn1.5合金在400℃經(jīng)過擠壓后，在原始晶界和第二相附近發(fā)生了部分再結晶，三種合金在室溫和高溫都具有較高的強度。zr元素的加入，不影響合金

4、的相組成，卻大大細化了Mg97Y2Zn1合金的組織，也提高了合金的力學性能。 本文研究了凝固過程的冷卻速度、固溶溫度、固溶后的冷卻方式、擠壓溫度、二次擠壓溫度等不同工藝對Mg97Y2Zn1合金組織、性能的影響。冷卻速度越快，樹枝晶越精細，力學性能越好。對Mg97Y2Zn1合金進行不同溫度的固溶處理，發(fā)現(xiàn)只有在高于X相熔點溫度的固溶處理對組織有較大影響。415℃固溶的Mg97Y2Zn1合金在400℃進行擠壓后發(fā)生完全再結晶，而56

5、0℃固溶的合金在400℃進行擠壓后只發(fā)生部分再結晶。擠壓前經(jīng)過560℃固溶處理合金在擠壓和等通道角擠壓后的強度都要高于415℃固溶處理過的合金，但延伸率要低于415℃固溶處理過的合金。對Mg97Y2Zn1合金在不同溫度下進行一次擠壓和二次擠壓研究發(fā)現(xiàn)，在較低溫度下擠壓后獲得較細的組織，隨著擠壓溫度提高，晶粒尺寸逐漸增大，強度下降，而延伸率上升。一次擠壓得到的合會只發(fā)生部分再結晶，而二次擠壓得到的合金發(fā)生完全再結晶，但在相同溫度下，兩者的

6、晶粒尺寸相近。對Mg-Y-Zn合金進行等通道角擠壓實驗發(fā)現(xiàn)，隨著等通道角擠壓道次數(shù)的增加，第二相被逐漸細化，擠壓態(tài)已發(fā)生再結晶區(qū)域的晶粒尺寸被進一步細化，而未發(fā)生再結晶的區(qū)域卻仍然沒有發(fā)生再結晶，只是沿著剪切方向形成一些剪切帶。隨著等通道角擠壓道次數(shù)的增加，已再結晶區(qū)向未再結晶區(qū)域逐漸發(fā)展。經(jīng)過一道次的等通道角擠壓后，就有大量的超細晶粒形成。在隨后道次的擠壓過程中，晶粒雖然有所細化，但細化效果遠不如第一道次擠壓明顯。經(jīng)過等通道角擠壓后的

7、Mg-Y-Zn合金的晶粒尺寸要遠遠小于其它鎂合金，其超細晶的形成和Mg-Y-Zn合金含有大量的X相和長周期有序結構有關。Mg97Y2Zn1合金的晶粒尺寸被細化到200-500nm，Mg95.5Y3Zn1.5合金的晶粒尺寸被細化到約200nm。經(jīng)過等通道角擠壓后，Mg-Y-Zn合金的強度得到了提高，Mg97Y2Zn1合金的最高屈服強度和抗拉強度分別達到406.2MPa和455.2MPa，Mg95.5Y3Zn1.5合金的最高屈服強度和抗拉強

8、度分別達到444.6MPa和472.7MPa。由于等通道角擠壓的剪切力會使X相內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，因此材料的延伸率隨著道次數(shù)的增加而降低。 本研究利用Gleeble熱模擬試驗機對Mg97Y2Zn1鎂合金進行了高溫壓縮實驗研究，在同一應變速率下，隨變形溫度的升高，Mg97Y2Zn1鎂合金的流動應力水平逐漸下降；在同一變形溫度下，隨應變速率增加，Mg97Y2Zn1鎂合金的流動應力水平逐漸升高。Mg97Y2Zn1具有較大的應力指數(shù)值。研究