【摘要】：課題組設(shè)計的EW75(Mg-7Gd-5Y-1Nd-0.5Zr)合金展現(xiàn)了優(yōu)異的力學性能(抗拉強度450MPa,延伸率5%)。近年來,Mg-rare earth(RE)-Zn系合金中發(fā)現(xiàn)長周期(Long Period Stacking Ordered/LPSO)結(jié)構(gòu)相,該相使合金的延伸率提高,塑性增強。于是設(shè)計Mg-7Gd-3Y-xNd-1Zn-0.5Zr(x=1、0wt.%)合金,通過均勻化、單級和雙級時效等進行組織調(diào)控,來實現(xiàn)LPSO結(jié)構(gòu)和β序列多相同時析出,使合金具有優(yōu)異強度的同時提高延伸率。雖然目前對Mg-RE-Zn系合金組織和性能研究較多,但其時效析出行為還存在爭議。本文以此為立題依據(jù),采用掃描和透射電子顯微學等技術(shù),研究合金在鑄態(tài)、均勻化態(tài)、單級和雙級時效態(tài)過程中組織變化和析出相演化。兩種鑄態(tài)合金的組織包含鎂基體、網(wǎng)狀和塊狀的共晶相、塊狀和針狀的LPSO結(jié)構(gòu)相。共晶β相(f.c.c.,a=0.74nm),化學組成為(Mg,Zn)3RE;14H-LPSO化學組成為Mg12(RE,Zn)。Nd會抑制14H-LPSO的產(chǎn)生。Nd會降低共晶β相和14H-LPSO結(jié)構(gòu)相的形成溫度。經(jīng)雙級均勻化520℃/48h+5 30℃/2h,兩種鑄態(tài)合金過燒。經(jīng)單級均勻化525C/48h(30℃水淬),兩種鑄態(tài)合金中的β相與14H-LPSO結(jié)構(gòu)相都回溶到基體,只剩點狀富Zr/Zn相,對后續(xù)單級和雙級時效影響不大。研究了單級時效過程中合金的析出行為。經(jīng)單級均勻化的兩種合金在240℃時效,Nd會提高合金的熱穩(wěn)定性。Nd含量為1wt.%的合金經(jīng)240℃單級時效透射分析結(jié)果表明,析出相包含β序列析出相(六角環(huán)狀有序溶質(zhì)團簇、之字形GP區(qū)、βp'、β'和β1)和γ序列析出相(γ'和14H-LPSO(y))。時效初期析出相為有序溶質(zhì)團簇、之字形GP區(qū)和早期形成的β'。有序溶質(zhì)團簇和之字形GP區(qū)在慣習面{1100}α形成,之字形GP區(qū)沿1010α有序堆垛形成β'相。峰時效階段強化析出相主要為β'和βp'。β'為底心正交結(jié)構(gòu)(b.c.o.),晶格常數(shù)a=0.64nm,b=2.22nm,c=0.52nm,以{1120}α為慣習面,與基體完全共格,其結(jié)構(gòu)模型為Mg7RE,空間形貌為凸透鏡狀。βp'相是β'相的前驅(qū)體,其結(jié)構(gòu)有待進一步研究。過時效階段析出相主要為β'、β1、γ'、14H-LPSO(y)。β1(f.c.c.,a=0.74nm),由(β'相轉(zhuǎn)變而來,以{1010}α為慣習面,與基體不共格,結(jié)構(gòu)模型為Mg3X。γ'是亞穩(wěn)的LPSO結(jié)構(gòu)相,將會轉(zhuǎn)變成14H-LPSO。γ'與基體完全共格,其堆垛順序為“ABCA”。該合金優(yōu)異的熱穩(wěn)定性歸功于γ'和14H-LPSO阻礙β'和β1沿[0001]α。的生長,同時也可能與RE低的擴散速率或者β'和β1兩相的形貌尺寸因素有關(guān)。研究了雙級時效過程中合金的析出行為。單級均勻化的兩種合金經(jīng)500℃/2h第一級時效,兩種合金的組織主要為晶界上塊狀β(Mg5(RE,Zn))相和晶內(nèi)針狀14H-LPSO(Mg12(RE,Zn))結(jié)構(gòu)相。Nd含量為1wt.%的合金經(jīng)500℃C/2h+240℃C第二級時效透射電鏡分析結(jié)果表明,析出相包含β序列析出相(ββ'、β'、β'F和β1)和γ序列析出相(γ'和14H-LPSO)。時效初期析出相為早期形成的β'。峰時效階段強化析出相主要為β'、βp'和14H-LPSO。過時效階段析出相主要為β'、β'F、β1、γ'、14H-LPSO。ββ'、p'、β1、γ'和14H-LPSO的晶體學特征與單級時效的析出相一致。橋接結(jié)構(gòu)β'F相(b.c.o.),晶格常數(shù)a=0.64nm,b=1.14nm,c=0.52nm,與基體完全共格,是由β'粗化轉(zhuǎn)變而來,同時也是β1相容易形核的部位。β'F向β1的轉(zhuǎn)變是通過簡單的原子替代和結(jié)構(gòu)松弛。經(jīng)雙級長時間時效稀土Nd與Zn在β1和LPSO結(jié)構(gòu)中開始富集。
【圖文】：

圖１．１六方晶胞（粗線為平行六面體）逡逑

軸比ｃ／ａ＝１．６３。逡逑■第－層（Ａ）逡逑圖１．１六方晶胞（粗線為平行六面體）逡逑１．１．２鎂合金的優(yōu)缺點逡逑自１９２０ｓ開始，鎂合金快速發(fā)展，，得到廣泛關(guān)注。其應(yīng)用前景廣闊，潛力巨大，逡逑與其他傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料對比含有以下特點逡逑（１）
【學位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TG146.22

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本文編號：2596131