外文翻譯-稀土元素對鎂合金的影響（譯文）

1、中文 中文 4655 字出處： 出處：Journal of Alloys and Compounds 481 (2009) 379–384《合金及其化合物雜志》 《合金及其化合物雜志》稀土元素 稀土元素 Gd Gd、Y 對鎂合金的固溶處理的影響 對鎂合金的固溶處理的影響L Gao, RS Chen, EH Han摘要： 摘要：本研究探討了 My-Gd-Y 三元合金和 Mg-Gd、Mg-Y 二元合金的固溶強化作用。研究發(fā)現(xiàn)固溶體中的屈服強

2、度取決于 Gd、Y 元素的濃度，簡化分析后得出在 Mg-Gd-Y 三元相圖中可以準確預測出三元的固溶強度。相比于 Al 與 Zn 元 素，在固溶處理中 Gd、Y 元素可以對提高強度有更大的作用。此外，原子原始尺寸、模型缺陷系數(shù)以及空位效應都可以提高強度。簡介 簡介 由于鎂合金是結構合金中最輕的，它應用有巨大的潛力。然而相對于鋁合金，鎂合金的延伸率的限制，它的強度還是相對較低。為了改善其機械性能，鎂稀土合金得到了極大的關注，因為鎂稀土合金

3、無論室溫還是更高的溫度都有較高的強度及其杰出的抗蠕變能力。在所有鎂稀土合金中，Mg-Gd-Y 合金是最有希望的新型鎂基時效強化合金的候選。通常在鎂合金中加入稀土元素提高強 度主要依據(jù)于兩種強化機制，分別是析出硬化和固溶強化。在 Mg-Gd-Y 合金中結構、沉淀階段的心態(tài)，沉淀順序都相對容易得到，然而其固溶強化機理到現(xiàn)在還沒有解釋清楚。前人的工作指明 Y 元素的加入明顯提高了固溶強度相比于 Zn、Al 元素。本研究意在探索 Mg–Gd,、

4、Mg–Y 二元固溶合金及 Mg–Gd–Y 三元固溶合金的強度，并且分別研究 Gd、Y 元素的固溶強度作用，繼而預測三元合金的強度，同時也對條件變化對強度的影響進行探索。實驗介紹：本研究對于 Mg–Gd、Mg–Y 二元合金及 Mg–Gd–Y 三元合金進行探索，前期準備了高純度的 Mg(99.97%)、Mg–25Gd (wt.%),、Mg–25Y (wt.%) ，主要元素通過加入到 780°C 的電阻爐中在抗氧化氣體的保護下熔

5、煉。熔體被澆筑到事先加熱到 200–300°C 的直徑 100mm 的鋼磨具中，其中的 化學成分通過電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀進行分析。對合金進行溫度在535–540°C 時間為 1.5–9 h 的固溶處理，隨后放入溫度為 70°C 的溫水中淬 火。實驗根據(jù) Mg–Gd、Mg–Y 二元相圖及 Mg–Gd–Y 三元相圖計算出第二相最 大限度的溶解在鎂合金中，從而選出最好的固溶處理條件。拉伸測試于室溫下、晶粒度

6、 1.0× 10?3s?1 的情況下拉伸。平面拉伸，使 用長度為 25mm、橫截面為 3×6mm2 的試樣，三個試樣都進行以上測試，確保所得數(shù)據(jù)的再現(xiàn)性。硬度測試使用布氏硬度載重 500g，持續(xù)時間 15s，每個試樣測試不少于 10次。硬度測試與拉伸測試在淬火后數(shù)小時內進行。試樣在進行機械拋光前，先用 5%的硝酸腐蝕，隨后進行電鏡觀察。通過直 線截距法， （方程式 d=1.74l）測量平均晶粒大小，l 通過電鏡觀察得

7、出。對于每一種合金含有不同的 Gd 含量電鏡觀察時鏡頭內都需包含至少 300 個晶界。研究結果：對于 Mg–Y 二元合金的研究已經發(fā)表在之前的論文中，總結如下。對于 Mg–Y 單相屈服強度依賴于濃度，c 代表了溶質原子的濃度，n=1\2 或 2\3。然而，實驗發(fā)現(xiàn) Y 元素可以極大的提高固溶強度相比于 Zn 和 Al 元 素，實驗基于同樣的原子大小和相同的磨具。為了更好的理解這個現(xiàn)象，本實σy0+ ZLGε4/3Fc2/3。σy0 是純

8、鎂的屈服應力，G 是剪切模量，εF 和εL 是 結合原子尺寸及非常規(guī)的剪切模量得到的參數(shù)，c 是固溶原子的濃度。兩個等式都表達著同一個簡單的關系σ∝ c 的 n 次。對于現(xiàn)在的 Mg–Gd 合金存在著這 個關系，來自于糾正過的極限強度和固溶原子的濃度的二分之一以及二分之三的能量，這個關系在表格 6 中。實驗發(fā)現(xiàn)屈服強度與固溶原子的濃度的二分之 一或三分之二的能量成比例。這個發(fā)現(xiàn)與 Mg–Al 合金的相似，同樣也相似于Mg–Y 二元合金元

9、金。對于沒有固溶原子的純金屬，比如純鎂其實際的屈服強度被推測為 19MP 和 27MPa 平均得到純金屬的屈服強度為 23MPa，另外的一個得 到的結果 dσ/dcn，表示各種條件下的強度比。對于三元合金3.2 3.2、Mg Mg–Gd Gd–Y 三元合金的固溶強化作用 三元合金的固溶強化作用作為 Mg–Gd 和 Mg–Y 二元合金的固溶強化已經得到了很好的研究，現(xiàn)在試圖尋找出三元合金的固溶強化模型。Mg–Gd–Y 三元合金有三種化學成

10、分，在經過固溶處理后得到相應的平均晶粒尺寸展示在表格 2 中。經過固溶處理后的硬度和拉伸試驗結果分別表示在圖 2 和 7 中。應當注意到，三元合金的硬度數(shù)據(jù)是 Gd、 Y 元素在合金中的功能的總和，并且與公式（1）相吻合，如圖. 2。 在多組分合金的情況下，一些模型已經提出確定的加強效果，由于一些合金元素的溶解。來自于物理假設和數(shù)學建模中得到的模型，這些結果有相當大的差異。主要涉及兩點：1、不同的溶質原子之間的相互作用，可以導致補充硬化

11、或 軟化。2、障礙的力量，在不同類型的溶質原子在強或弱的阻礙位錯運動的結果。對于三元合金 Gd 和 Y 原子有幾乎相同的阻礙作用（類似于加強利 Mg–Gd 和 Mg–Y 二元合金的強化率） 。假設如果 Gd、Y 原子在一起沒有相互作用，強化作用是由于三元合金中的多元添加合金，它可以通過 Gypen and Deruyttere 驗證。他的方法被發(fā)現(xiàn)可以試用用預測固溶合金的屈服強度，用在對鎳基合金的商業(yè)和實驗的一系列驗證上。三元合金固溶處

12、理后的強度極限如下：σ 0.2 = σ pure+ (kGd1/ncGd+ kY1/ncY)n，其中σ 0.2 味屈服強度，σ pure 是純鎂的屈服強度。如果以上方法有效，它應該可以被用來預測三元合金的固溶強化作用，根據(jù)以前的二元合 金強化數(shù)據(jù)。如圖 8 為計算出的強度與實驗得出的強度的對比。為了進一步驗證方程5、6 的可靠性，這些數(shù)據(jù)應該還包括先前的硬度數(shù)據(jù)和經過固溶強化后的三元 合金的屈服強度。經過(Hv ? 10)/0.51 糾

13、正后的硬度才是有價值的強度數(shù)據(jù)。 硬度和屈服強度之間的關系是由對二元合金 Mg-Gd 做實驗后得到的。由于每個材料的加工過程不同，導致每個合金的原子尺寸不同，進而導致強度不同，它 們根據(jù)等式 2 已經糾正過。對三個合金的研究細節(jié)列于表格 2 中。如圖 8 和表格 2，得到了令人滿意的預測結果和實驗數(shù)據(jù)在誤差的范圍內從最低 2.9%到最 大 9.5%。這一發(fā)現(xiàn)與其他單晶鎂的的固溶強化分析一致。它們之間的現(xiàn)象表明 我們能夠成功的預測出 Mg

14、–Gd–Y 三元合金的固溶強化作用。4、討論 、討論學術界廣泛認同，合金的固溶強化提升是由于溶質產生的應力場及位錯共同產生的彈性碰撞。Fleischer 認為由原子尺寸帶來的作用δ及剪切模量η結 合的相互作用的參數(shù)ε會對固溶強化的程度產生影響。已知 Gd 元素的原子直徑 是 0.178nm，大于 Mg 的 0.16nm，超出 11.25%。根據(jù)公式η=2(G1 ? G)/(G1+G)，算出 Gd 的 G1=21.8GPa，Mg 的 G