第二相對Mg-Zn-Zr-Y鎂合金動態(tài)再結(jié)晶演變及熱加工性的影響.pdf

1、變形鎂合金因其缺陷少以及綜合力學(xué)性能優(yōu)異的特點能夠滿足不同領(lǐng)域的特殊用途,成為鎂合金研究開發(fā)的一個重要方向。Mg-Zn-Zr系鎂合金具有較高的強度成為目前應(yīng)用最為廣泛的變形鎂合金之一,然而其塑性和熱成形性差的缺點使其不能得到大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。本文在低Zn含量的Mg-2.0Zn-0.3Zr鎂合金的基礎(chǔ)上,添加不同含量的稀土元素Y,通過半連續(xù)鑄造方法獲得Mg-2.0Zn-0.3Zr-x(wt.％)Y合金以提高合金的綜合力學(xué)性能,并改善合金的

2、熱加工性能。研究結(jié)果表明,隨著Y添加量的增大,擠壓態(tài)Mg-2.0Zn-0.3Zr-x(wt.％)Y合金的晶粒逐漸得到細化;當(dāng)Y含量為0.9wt.％時,Mg-2.0Zn-0.3Zr-0.9Y合金的抗拉強度達到254±1.0 MPa,延伸率達到24.3±0.4％,合金表現(xiàn)出較好的綜合力學(xué)性能;當(dāng)Y含量為5.8 wt.％時,Mg-2.0Zn-0.3Zr-5.8Y合金的平均晶粒尺寸達到4.5±1.2μm,合金的抗拉強度和延伸率分別達到281±2

3、 MPa和30.1±0.7％,達到所有試驗合金最優(yōu)的綜合力學(xué)性能。通過水冷冷卻增大熔體過冷度的方法獲得更大體積分數(shù)I-相的Mg-Zn-Zr-Y合金。由于Mg的層錯能低,熱變形過程中合金更容易發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。因此,動態(tài)再結(jié)晶是鎂合金細化晶粒和提高綜合力學(xué)性能的一種重要手段。為了研究第二相對變形鎂合金在熱變形過程中動態(tài)再結(jié)晶演變和熱加工性的影響,通過熱壓縮實驗,分別研究了半連續(xù)鑄造獲得的Mg-2.0Zn-0.3Zr-x(wt.％)Y合金中

4、W-相、18R LPSO相、14H LPSO相和I-相對合金熱變形行為、動態(tài)再結(jié)晶和熱加工性能的影響機制;在大量實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,基于Avrami方程,本文提出一種新的動態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)模型：1exp[()]DRX c n*ε-εkεX=-,并在不同成分合金的熱模擬實驗中進行驗證;提出并采用結(jié)合顯微組織分析、動態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)模型和動態(tài)材料模型(DMM)塑性加工圖計算的方法系統(tǒng)優(yōu)化合金熱加工工藝參數(shù),指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)。
　　本研究表明：⑴

5、Mg-2.0Zn-0.3Zr合金的動態(tài)再結(jié)晶激活能Q的平均值為169.8 KJ/mol;在實驗條件范圍內(nèi)沒有出現(xiàn)加工失穩(wěn)區(qū)；⑵W-相的生成使Mg-2.0Zn-0.3Zr-0.9Y合金的再結(jié)晶激活能增大到236.2 KJ/mol;當(dāng)應(yīng)變速率在0.001-0.01 s-1之間,變形溫度在250-400℃之間,Mg-2.0Zn-0.3Zr-0.9Y合金的動態(tài)再結(jié)晶機制以連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶(CDRX)機制為主,伴隨有晶界弓出形核的不連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶(

6、DDRX)機制發(fā)生,動態(tài)再結(jié)晶體積分數(shù)隨著變形溫度的升高而逐漸增大;當(dāng)應(yīng)變速率在0.1-1 s-1之間,在較低溫度范圍(250-300℃),動態(tài)再結(jié)晶主要以孿生-動態(tài)再結(jié)晶(TDRX)機制為主,當(dāng)變形溫度升高,孿晶密度減小,動態(tài)再結(jié)晶機制又以連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶(CDRX)機制為主,同時伴隨有晶界弓出形核的不連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶(DDRX)機制的發(fā)生,動態(tài)再結(jié)晶體積分數(shù)隨著變形溫度的升高先增大后降低；⑶含18R LPSO相的Mg-2.0Zn-0.3

7、Zr-5.8Y合金的動態(tài)再結(jié)晶激活能Q的平均值為293.0 KJ/mol;18R LPSO相和層錯(SFs)會阻礙和延遲動態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生,合金在300-350℃和0.001-0.01 s-1以及300-450℃和0.1-1 s-1變形參數(shù)范圍內(nèi)發(fā)生不完全動態(tài)再結(jié)晶;熱壓縮變形過程中,以CDRX機制為主,伴隨有晶界弓出形核的DDRX機制；⑷含14HLPSO相的Mg-2.0Zn-0.3Zr-5.8Y合金的動態(tài)再結(jié)晶激活能(Q值)平均值為34

8、8.4KJ/mol;14HLPSO相的動態(tài)再結(jié)晶機制與18RLPSO相基本相同,以原始晶界附近和LPSO相與Mg基體界面附近亞晶形核長大的CDRX機制為主,伴有少量晶界弓出形核的DDRX機制發(fā)生;在相同的變形條件下,經(jīng)過500℃×20h均勻化退火熱處理后,在Mg-2.0Zn-0.3Zr-5.8Y合金基體中析出的片層狀14HLPSO相以及變形過程中形成的扭折帶延遲動態(tài)再結(jié)晶和阻礙動態(tài)再結(jié)晶晶粒的長大的作用要大于18R LPSO相;14HL

9、PSO相的生成增大了Mg-2.0Zn-0.3Zr-5.8Y合金的失穩(wěn)區(qū),降低了合金在較低加工溫度下的熱加工性能；⑸通過水冷冷卻制備含 I-相的Mg-2.0Zn-0.3Zr-0.2Y合金的平均激活能Q=277.8 KJ/mol;在低應(yīng)變速率下(0.001-0.01s-1),熱壓縮試樣主要在原始晶界附近發(fā)生的CDRX機制為主,動態(tài)再結(jié)晶體積分數(shù)隨著變形溫度的升高而增大;當(dāng)應(yīng)變速率達到0.1s-1,在較低變形溫度,晶粒內(nèi)部開始局部發(fā)生TDRX