Mg-Mn系合金顯微組織及力學(xué)性能的研究.pdf

1、Mg-Mn系合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，良好的高溫蠕變性能，較高的阻尼性能和優(yōu)良的焊接性能，且成本低，適合大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，正發(fā)展成為一種性能優(yōu)異的新型鎂合金。但是，由于元素Mn在基體α-Mg中的固溶度極低，細(xì)化鎂合金微觀組織的效果不明顯。合金在擠壓變形后，微觀組織較為粗大，且晶粒取向分布趨向于較強的基面織構(gòu)，導(dǎo)致合金的室溫力學(xué)性能較差。
　　本文采用金相分析、掃描電子顯微鏡、電子能譜、X射線衍射儀、電子背散射衍射、透射電子顯微鏡和

2、力學(xué)性能測試等方法，研究了元素Mn對Mg-Mn合金組織及性能的影響，探討了Mg-Mn合金的晶粒細(xì)化機制、再結(jié)晶機制以及強韌化機制，優(yōu)化了合金成分；基于Mg-Mn系合金的研究結(jié)果，研究了擠壓溫度對Mg-1Mn合金組織及性能的影響，探討了合金的再結(jié)晶機制和強韌化機制，并研究了 Mg-1Mn合金的熱壓縮流變行為以及本構(gòu)方程，優(yōu)化了合金的熱加工工藝；基于Mg-1Mn變形合金的研究結(jié)果，研究了合金元素Al和Y對Mg-1Mn合金組織及性能的影響，探

3、討了合金的晶粒細(xì)化機制、再結(jié)晶機制以及強韌化機制，優(yōu)化了合金成分。主要得到以下結(jié)果：
　?、?Mg-Mn系鑄造合金的相組成主要為基體α-Mg和析出相α-Mn。隨著元素Mn含量的增加，合金中α-Mn析出相的數(shù)量明顯增多，合金的晶粒大小顯著減小。Mg-Mn系合金的室溫屈服強度隨著 Mn元素含量的增加而顯著提高。其中，Mg-3Mn合金的屈服強度、抗拉強度和拉伸延伸率分別為34MPa、98MPa和5.6％。經(jīng)過計算，細(xì)晶強化和析出強化是提

4、高合金強度的主要因素。
　?、?Mg-Mn系合金在較低溫度下擠壓變形后，微觀組織顯著細(xì)化且再結(jié)晶完全。隨著元素Mn含量的增加，合金的再結(jié)晶晶粒大小顯著減小，合金的室溫屈服強度顯著提高。結(jié)果表明，當(dāng)合金中元素Mn含量為1wt.%時，合金的基面織構(gòu)較強，不利于基面滑移系的開動，因而具有較高的屈服強度（204MPa）。此外，合金的微觀組織顯著細(xì)化，降低了柱面滑移系的臨界剪切應(yīng)力，有利于柱面滑移系的開動，提高了合金的室溫塑性（38.8%）

5、。當(dāng)合金中元素Mn含量達到3wt.%后，合金中第二相Mn單質(zhì)顆粒析出數(shù)量顯著增多，且微觀組織明顯細(xì)化，合金具有較高的室溫屈服強度（213MPa），同時合金中的第二相Mn單質(zhì)顆粒在合金變形過程中誘導(dǎo)了合金再結(jié)晶晶粒的形核，弱化了合金的基面織構(gòu)，有利于基面滑移系的啟動，表現(xiàn)出較好的室溫塑性，其最大延伸率達到了29.9%。因此，Mg-1Mn合金具有較為優(yōu)異的綜合室溫力學(xué)性能。
　?、墼跀D壓態(tài)Mg-Mn系合金中，研究了α-Mn析出相的析出

6、形貌，以及同Mg基體之間的位相關(guān)系。結(jié)果表明，大量彌散析出的球狀α-Mn相沿著Mg基體的基面析出，與鎂基體之間為共格關(guān)系，其位相關(guān)系為：(0001)Mg//(111)Mn,[21 1 0]Mg//[011]Mn。
　?、?Mg-1Mn合金在不同擠壓溫度下，合金的晶粒大小隨著擠壓溫度的升高而明顯粗大，合金中α-Mn析出相的數(shù)量也相應(yīng)增多，基面織構(gòu)明顯弱化。合金在較低溫度下擠壓變形后，由于合金的微觀組織顯著細(xì)化，表現(xiàn)出良好的室溫綜合力

7、學(xué)性能。其中，合金在250℃擠壓變形后，屈服強度、抗拉強度和拉伸塑性分別為204MPa、234MPa和38.8%；合金在300℃擠壓變形后，屈服強度、抗拉強度和拉伸塑性分別為191MPa、224MPa和32.4%。合金在較高溫度下擠壓變形后，由于合金的微觀組織較為粗大，導(dǎo)致合金的屈服強度和塑性較低。其中，合金在350℃擠壓變形后，屈服強度、抗拉強度和拉伸塑性分別為154MPa、248MPa和11.7%；合金在400℃擠壓變形后，屈服強度

8、、抗拉強度和拉伸塑性分別為185MPa、234MPa和9.6%。
　　⑤采用熱模擬實驗研究了Mg-1Mn合金的熱壓縮行為，計算了合金的熱變形參數(shù)，確定了合金的本構(gòu)方程。
　?、轒g-xAl-1Mn(x=1，3，6，9)系鑄造合金的相組成中隨著元素Al含量的增加而變化。其中AM11合金的相組成主要為基體α-Mg和析出相Al8Mn5和Al11Mn4相，AM31、AM61和 AM91合金的相組成主要為基體α-Mg和析出相Al4Mn

9、和Mg17Al12相，且Mg17Al12析出相的數(shù)量隨Al含量的增加而明顯增多，合金的晶粒大小隨著元素Al的添加而顯著減小。Mg-xAl-1Mn(x=0,1,3,6，9)系鑄造合金的室溫屈服強度隨著Al元素含量的增加而明顯提高。其中，AM91合金具有較高的屈服強度（123MPa）。經(jīng)計算，析出強化和細(xì)晶強化是提高AM91合金屈服強度的主要因素。
　?、進g-xAl-1Mn(x=1，3，6，9)系擠壓態(tài)合金中，元素Al含量低于6wt

10、.%時，合金未完全再結(jié)晶。其中，AM11合金中未再結(jié)晶區(qū)域較多，基面織構(gòu)較強，不利于基面滑移系的啟動，因而提高了合金的屈服強度。此外，合金中再結(jié)晶晶粒顯著減小，降低了柱面滑移系的臨界剪切應(yīng)力，有利于柱面滑移系的啟動，提高了合金的室溫塑性。因此，AM11合金具有較為優(yōu)異的室溫綜合力學(xué)性能，其屈服強度、抗拉強度和室溫延伸率分別為250MPa、287MPa和21.4%。細(xì)晶強化和織構(gòu)強化是提高該合金強度的主要因素。合金中元素Al含量高于6wt

11、.%時，合金中析出的Mg17Al12相誘導(dǎo)了合金再結(jié)晶晶粒的形核，合金在擠壓過程中再結(jié)晶完全。同時，隨著元素Al含量的增加，合金中Mg17Al12相的析出數(shù)量顯著增多，明顯阻礙了再結(jié)晶晶粒的長大，細(xì)化了合金的微觀組織，弱化了合金的基面織構(gòu)，改善了合金的室溫力學(xué)性能。其中，AM91合金的屈服強度、抗拉強度和室溫延伸率分別為205MPa、317MPa和16.1%。經(jīng)計算，細(xì)晶強化和析出強化是提高該合金強度的主要因素。
　?、郙g-1M

12、n-xY(x=0.2，0.5，1.0)系擠壓態(tài)合金中，合金的相組成主要是基體α-Mg和析出相α-Mn和Mg24Y5相。隨著合金中元素Y含量的增加，合金中Mg24Y5析出相的數(shù)量明顯增多，合金的晶粒大小也顯著減小。當(dāng)合金中Y含量為0.5wt.%時，合金晶粒的取向分布趨向于較強的基面織構(gòu)取向，當(dāng)合金中Y含量達到1.0wt.%后，合金晶粒的取向較為隨機，基面織構(gòu)顯著弱化。此時，Mg-1Mn-0.5Y合金具有較高的強度和塑性，其屈服強度、抗拉強