Zr、Sr和磁場處理對Mg97Y2Cu1合金凝固組織及力學(xué)性能的影響.pdf

1、鎂合金是具有高比強、比剛度及極佳的機械加工性能等諸多優(yōu)點的金屬結(jié)構(gòu)材料，在交通、航空航天等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。長周期堆垛結(jié)構(gòu)(LPSO)增強的鎂合金其力學(xué)性能與高溫穩(wěn)定性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的鎂合金。鑄態(tài)的長周期結(jié)構(gòu)增強Mg-Y-Cu合金由于其顯微組織粗大和LPSO分布不均勻致使其力學(xué)性能一般。凝固組織的改善對于鎂合金性能的提高至關(guān)重要。合金化和磁場處理合金的凝固組織具有操作簡單、效果顯著等諸多優(yōu)勢，受到廣泛關(guān)注。為進(jìn)一步提高鑄態(tài)LPSO增強鎂

2、合金的力學(xué)性能，本文以Mg97Y2Cu1合金為研究對象，研究了Sr、Zr合金化處理、直流磁場處理、交流磁場處理及合金化與磁場復(fù)合處理對長周期結(jié)構(gòu)增強Mg97Y2Cu1合金組織及性能的影響，得出主要結(jié)論如下：
　　1）Sr或Zr可以改善Mg97Y2Cu1合金的凝固組織，提高其力學(xué)性能，復(fù)合加入Sr和Zr時效果更好。當(dāng)Sr的加入量在0-0.2％范圍內(nèi)或Zr的加入量在0-1.2%范圍內(nèi)，隨著Sr或Zr加入量的提高，初生晶粒逐漸細(xì)化，第二

3、相分布均勻性逐漸提高，且體積分?jǐn)?shù)提高；合金中單獨或復(fù)合加入Sr超過0.2%時，合金發(fā)生過變質(zhì)。在合金中加入Zr后，會生成顆粒狀CuZr2相分布在鎂基體中；當(dāng)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.2%的Sr時，合金中會有新的Mg17Sr2相生成；復(fù)合加入0.12%Sr和0.8%Zr后，合金中同時出現(xiàn)Mg17Sr2和CuZr2相。Sr和Zr對合金力學(xué)性能的影響規(guī)律與Sr和Zr對合金凝固組織的變化規(guī)律一致；復(fù)合添加0.12%Sr和0.8%Zr時，合金的力學(xué)性能

4、最佳，其伸長率和抗拉強度分別為10.7%和222.5MPa，較未合金化處理的試樣各自提高了84%和29%。
　　2）直流磁場或交流磁場可以細(xì)化Mg-Y-Cu合金的初生晶粒，改善第二相分布的均勻性，提高溶質(zhì)元素在合金晶粒內(nèi)部的含量；直流或交流磁場和Zr、Sr復(fù)合處理可進(jìn)一步細(xì)化Mg-Y-Cu合金的凝固組織。Mg-Y-Cu-(Zr-Sr)合金的力學(xué)性能的變化規(guī)律與其凝固組織的變化規(guī)律基本一致。在0.15T的直流磁場作用下，Mg-Y-C

5、u合金的伸長率和抗拉強度較未經(jīng)磁場處理的試樣相比分別提高了40％和20%；在200V的交流磁場作用下，Mg-Y-Cu合金的抗拉強度和伸長率較未經(jīng)磁場處理的試樣相比分別提高了16％和47％。直流或交流磁場和Zr、Sr復(fù)合處理可進(jìn)一步提高M(jìn)g-Y-Cu合金的力學(xué)性能。
　　3）在0-0.15T范圍內(nèi)，隨著直流磁場強度的提高，Mg-Y-Cu合金的晶粒尺寸總體上逐漸減??；在690-750℃范圍內(nèi)，隨著澆注溫度的提高，直流磁場作用下Mg-Y

6、-Cu合金的初生晶粒逐漸粗化，而Mg-Y-Cu-Zr-Sr合金的初生晶粒逐漸細(xì)化；在20-600℃范圍內(nèi)，隨著模具預(yù)熱溫度的提高，直流磁場作用下Mg-Y-Cu合金和Mg-Y-Cu-Zr-Sr合金的初生晶粒尺寸均先減小后增大，其轉(zhuǎn)折點模具溫度均為200℃。直流磁場會使Mg-Y-Cu合金的結(jié)晶取向發(fā)生顯著改變，基體α-Mg相的XRD衍射圖譜最強峰所應(yīng)的(002)晶面變成(101)面；相對直流磁場強度，澆注溫度和模具溫度的變化對Mg-Y-Cu

7、-Zr-Sr合金結(jié)晶取向的影響較小。
　　4）在0-250V范圍內(nèi)，隨著交流磁場勵磁電壓的提高，Mg-Y-Cu合金的晶粒尺寸先減小后增大，轉(zhuǎn)折點勵磁電壓為200V；在690-750℃范圍內(nèi)，隨著澆注溫度的提高，交流磁場作用下 Mg-Y-Cu合金的晶粒總體上逐漸細(xì)化，而Mg-Y-Cu-Zr-Sr合金的晶粒先細(xì)化后粗化再細(xì)化；在20-600℃范圍內(nèi)，隨著模具預(yù)熱溫度的提高，交流磁場作用下Mg-Y-Cu合金和Mg-Y-Cu-Zr-Sr合