Y和Nd對Mg-Zn-Mn-Sn系變形鎂合金組織和性能的影響.pdf

1、本文以開發(fā)新型高性能變形鎂合金為研究方向，研究了單獨添加 Y和Nd對Mg-6Zn-1Mn-4Sn(ZMT614)變形鎂合金顯微組織和力學(xué)性能的影響。主要研究Mg-6Zn-1Mn-4Sn-xY(ZMT614-xY，x=0.1、0.5、1.0，wt.％)和Mg-6Zn-1Mn-4Sn-xNd(ZMT614-xNd，x=0.5、1.0、1.5，wt.%)合金的組織演變、第二相形貌特征以及室溫和高溫力學(xué)性能。
　　鑄態(tài)ZMT614合金由粗

2、大連續(xù)網(wǎng)狀化合物組成，其相組成為α-Mg、Mn、Mg7Zn3和Mg2Sn相。添加 Y元素后，合金鑄態(tài)組織得到細(xì)化，形成 MgSnY三元相，ZMT614-Y合金鑄態(tài)組織由不連續(xù)的網(wǎng)狀化合物組成，相組成為α-Mg、Mn、Mg7Zn3、Mg2Sn和MgSnY相。經(jīng)過均勻化處理(420℃/12h)，Mg7Zn3共晶化合物溶入基體，Mg2Sn和MgSnY相未發(fā)生溶解，基體上殘留著粗大的樹枝狀 Mg2Sn相和塊狀MgSnY相。添加Nd元素，細(xì)化合金

3、鑄態(tài)組織，形成MgSnNd三元相，ZMT614-Nd合金的相組成為α-Mg、Mn、Mg7Zn3、Mg2Sn和MgSnNd相。經(jīng)過均勻化處理(420℃/12h)，合金殘留著未溶入基體的顆粒狀Mg2Sn相和長棒狀MgSnNd相。
　　擠壓溫度對ZMT614-Y和ZMT614-Nd合金擠壓態(tài)組織和力學(xué)性能產(chǎn)生明顯影響。在擠壓過程中，合金發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶，晶粒細(xì)化，再結(jié)晶晶粒取向隨機(jī)分布，均勻化后的殘留相被擠碎，形成平行于擠壓方向的擠壓流

4、線。對于含Y合金，當(dāng)Y含量低于0.5wt.%，合金的強(qiáng)度和延伸率隨著Y含量的增加而增加，當(dāng)Y含量達(dá)到1.0wt.%，合金的強(qiáng)度和延伸率出現(xiàn)降低。對于含Nd合金，隨著Nd含量的增加，合金的強(qiáng)度增加，延伸率降低。擠壓溫度由360℃升高至420℃，織構(gòu)強(qiáng)度降低，晶粒尺寸增加，合金的力學(xué)性能降低。ZMT614-0.5Y合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別由368MPa、276MPa和17.2%降低至335MPa、246MPa和11.4%。ZMT

5、614-1.5Nd合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別由361MPa、273MPa和14.0%降低至330MPa、245MPa和11.4%。
　　ZMT614-Y/Nd合金較優(yōu)的固溶工藝為440℃/2h。對于360℃擠壓的合金，較優(yōu)的T6處理工藝為(90℃/24h+180℃/8h)；對于420℃擠壓的合金，較優(yōu)的T5處理工藝為180℃/12h。在預(yù)時效階段(90℃/24h)，合金析出高數(shù)量密度的盤狀和棒狀G.P.區(qū)。在T6態(tài)(18

6、0℃/8h)，ZMT614-0.5Y合金析出高數(shù)量密度的β'1桿狀相和β'2盤狀相；ZMT614-1.5Nd合金析出高數(shù)量密度的β'1桿狀相、β'2盤狀相和T型相。T型β'2相是由后析出的β'2盤狀相依附在先析出的β'1桿狀相上形成的，與基體的位相關(guān)系為：[0001]β'2∥[0001]α;(2110)β'2∥(1100)α。T5態(tài)(180℃/12h)合金主要析出較粗大的'1?桿狀相，數(shù)量密度遠(yuǎn)小于T6態(tài)合金的。
　　經(jīng)過 T6(

7、90℃/24h+180℃/8h)處理，合金晶粒顯著長大，析出高數(shù)量密度的納米級β'1桿狀相，因此合金的強(qiáng)度顯著增加，延伸率顯著降低，ZMT614-0.5Y合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別為376MPa、371MPa和7.73%；ZMT614-1.5Nd合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別為391MPa、382MPa和5.50%。經(jīng)過T5(180℃/12h)處理，合金的晶粒宏觀形貌未發(fā)生明顯變形，析出大量較T6態(tài)粗大的β'1桿狀相，所

8、以合金的屈服強(qiáng)度明顯增加，延伸率略有降低，ZMT614-0.5Y合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別為343MPa、302MPa和10.6%；ZMT614-1.5Nd合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別為364MPa、339MPa和10.1%。
　　通過熱力學(xué)計算和實驗分析發(fā)現(xiàn)，MgSnY和MgSnNd三元相具有以下特點：1)在合金凝固過程中優(yōu)先形成，消耗稀土元素，抑制其它稀土相的形成；2)優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，在均勻化和固溶過程中不溶

9、入基體；3)晶體結(jié)構(gòu)具有較低的對稱性。
　　拉伸溫度對ZMT614-Y/Nd合金力學(xué)性能和斷裂機(jī)制產(chǎn)生顯著影響。拉伸溫度升高，合金的強(qiáng)度明顯降低，延伸率明顯增加。擠壓態(tài)和T5態(tài)的合金斷口主要由韌窩、撕裂棱、第二相顆粒和孔洞缺陷組成，呈現(xiàn)韌性斷裂的特征。隨著拉伸溫度的升高，T6態(tài)合金斷口呈現(xiàn)不同的特征。當(dāng)拉伸溫度為150℃和200℃時，斷口主要由韌窩、撕裂棱和第二相顆粒組成，合金的斷裂方式為穿晶斷裂；當(dāng)拉伸溫度為250℃時，斷口主要