【摘要】：近年來,在Mg-RE-Zn(RE/Zn1)系合金中發(fā)現(xiàn)了長周期有序堆垛(long-period stacking ordered/LPSO)結(jié)構(gòu)相,該相能夠顯著提高鎂合金的室溫塑性,同時(shí)適量LPSO結(jié)構(gòu)相的存在也有利于鎂合金阻尼性能的改善。因此,這類合金有望發(fā)展成為新一代高強(qiáng)高韌高阻尼鎂合金。LPSO結(jié)構(gòu)相的形成會(huì)消耗RE元素,RE元素的消耗會(huì)降低合金的沉淀強(qiáng)化效果。LPSO結(jié)構(gòu)相以(0001)α面為慣習(xí)面,沿著011?0α方向具有較大尺度,這種取向決定了LPSO結(jié)構(gòu)相的強(qiáng)化作用遠(yuǎn)小于沉淀強(qiáng)化的作用。因此,含LPSO結(jié)構(gòu)相的高強(qiáng)高韌鎂合金設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)就是利用LPSO結(jié)構(gòu)相提高合金塑性的同時(shí)還具有顯著的沉淀強(qiáng)化效果,這就需要參與和不參與LPSO結(jié)構(gòu)相形成的兩類稀土元素進(jìn)行相互配合,其中不參與形成LPSO結(jié)構(gòu)相的稀土元素可以對沉淀強(qiáng)化作用進(jìn)行補(bǔ)充。研究表明:Gd和Y元素會(huì)參與形成LPSO結(jié)構(gòu)相,而Nd元素不參與形成LPSO結(jié)構(gòu)相,適量Nd元素的添加可以起到補(bǔ)充沉淀強(qiáng)化的作用。EW75合金屬于一種高強(qiáng)耐熱Mg-Gd-Y-Nd鎂合金,這種合金強(qiáng)度高,但室溫塑性差,同時(shí)在熱變形過程中會(huì)析出大量的富Y顆粒�；谝陨涎芯楷F(xiàn)狀,本文設(shè)計(jì)并系統(tǒng)研究了含有LPSO結(jié)構(gòu)相的新型Mg-7Gd-3Y-1Nd-xZn-0.5Zr(x=0.5、1、2wt.%)合金的組織與性能。三種合金的鑄態(tài)組織都由等軸的α-Mg基體、靠近晶界處α-Mg基體中的針狀結(jié)構(gòu)相及晶界上的共晶組織組成。Zn含量為0.5wt.%時(shí),晶界上不連續(xù)網(wǎng)狀形貌的共晶β相Mg_5(RE,Zn)為面心立方結(jié)構(gòu),晶格常數(shù)為2.22nm;Zn含量為1和2wt.%時(shí),晶界上骨骼狀形貌的共晶β相(Mg,Zn)_3RE也是面心立方結(jié)構(gòu),晶格常數(shù)為0.73nm。Zn含量為2wt.%時(shí),在晶界上還出現(xiàn)了一種塊狀14H-LPSO結(jié)構(gòu)相,而靠近晶界處α-Mg基體中的針狀結(jié)構(gòu)相是一種堆垛層錯(cuò),在層錯(cuò)上出現(xiàn)了RE和Zn原子的有序化。研究了均勻化熱處理工藝。首先,在505℃、520℃和535℃下進(jìn)行了單級均勻化熱處理。在505℃和520℃熱處理32h后發(fā)現(xiàn):Zn含量為0.5wt.%時(shí),晶界上存在著未溶的第二相顆粒;Zn含量為1wt.%時(shí),晶界上仍然存在著未溶的共晶β相;Zn含量為2wt.%時(shí),晶界上出現(xiàn)了粗大的連續(xù)網(wǎng)狀LPSO結(jié)構(gòu)相。在535℃熱處理2h后,在Zn含量為1和2wt.%的組織中發(fā)現(xiàn)(Mg,Zn)_3RE相過燒。其次,研究了雙級均勻化熱處理。第一級均勻化熱處理制度為480℃×24h,均勻化后晶界上的共晶β相Mg_5(RE,Zn)部分回溶,而β相(Mg,Zn)_3RE基本回溶;延長熱處理時(shí)間后,微觀組織沒有明顯變化;第二級均勻化熱處理制度為500℃×32h,均勻化后Zn含量為0.5wt.%的微觀組織中由等軸的α-Mg基體構(gòu)成;Zn含量為1和2wt.%的微觀組織由等軸的α-mg基體及晶界上的塊狀14h-lpso結(jié)構(gòu)相構(gòu)成。通過研究雙級均勻化熱處理過程中的過燒機(jī)理發(fā)現(xiàn):高溫下,zn元素傾向于聚集成相,re元素的不斷擴(kuò)散導(dǎo)致lpso結(jié)構(gòu)相向富zn相轉(zhuǎn)變,該富zn相會(huì)引起過燒。研究了溫度對14h-lpso結(jié)構(gòu)相形貌的影響發(fā)現(xiàn):溫度越高,re元素在α-mg基體中的固溶度越大,同時(shí)zn元素在高溫下容易偏聚在晶界上,從而在晶界上形成塊狀形貌;溫度越低,re元素α-mg基體中的固溶度減小,同時(shí)zn元素可以快速擴(kuò)散進(jìn)入α-mg基體中,從而有利于在α-mg基體中形成針狀形貌。熱處理初期,14h-lpso結(jié)構(gòu)相在晶界上形核,隨后晶核以針狀形式向α-mg基體中生長,進(jìn)一步延長熱處理時(shí)間針狀14h-lpso結(jié)構(gòu)相靠近晶內(nèi)一端逐漸回溶,從而使針狀14-lpso結(jié)構(gòu)相的長度由晶內(nèi)向晶界方向逐漸縮短,最終在晶界上形成塊狀14h-lpso結(jié)構(gòu)相。在后續(xù)組織調(diào)控過程中發(fā)現(xiàn):晶界上的塊狀14h-lpso結(jié)構(gòu)相在隨爐冷卻過程中會(huì)緩慢分解,分解后產(chǎn)生的zn與re原子的擴(kuò)散是不同步的,zn原子可以快速擴(kuò)散進(jìn)入α-mg基體中參與針狀14h-lpso結(jié)構(gòu)相的形成,而re原子滯留在晶界上并與mg反應(yīng)形成mg-re相顆粒,隨著晶內(nèi)針狀14h-lpso結(jié)構(gòu)相的增多,合金的強(qiáng)度逐漸降低,塑性逐漸升高。研究了合金的熱變形行為。塊狀14h-lpso結(jié)構(gòu)相硬度高于α-mg基體,從而使合金的變形抗力增大,變形激活能高達(dá)290.39kj/mol,但塊狀14h-lpso結(jié)構(gòu)相也能夠起到誘導(dǎo)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的作用,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶激活能僅為29.609kj/mol。針狀14h-lpso結(jié)構(gòu)相的增多使流變應(yīng)力下降,變形后針狀14h-lpso結(jié)構(gòu)相分布在變形晶粒中。研究了擠壓態(tài)合金的組織和力學(xué)性能。隨著zn含量的增加,微觀組織中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒所占比例下降,變形晶粒所占比例升高,織構(gòu)類型都為(0001)基面織構(gòu),最大極密度分別為42.698,3.577和4.935,室溫抗拉強(qiáng)度分別為320mpa、339mpa、346mpa,屈服強(qiáng)度分別為243mpa、268mpa、280mpa;延伸率分別為11%、13%、15%。在zn含量為1wt.%的擠壓態(tài)合金中,預(yù)析出針狀14h-lpso結(jié)構(gòu)相的存在使微觀組織中的變形晶粒所占比例大幅度增加,織構(gòu)類型為{101?0}α非基面織構(gòu),室溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別為341mpa,284mpa和22%。研究了擠壓態(tài)合金的時(shí)效處理。隨著zn含量的增加,沉淀強(qiáng)化效果逐漸減弱;峰時(shí)效熱處理后,室溫抗拉強(qiáng)度分別為415mpa、400mpa、390mpa,屈服強(qiáng)度分別為346mpa、351mpa、346mpa,延伸率分別為6%、12%、9.5%;高溫(300℃)抗拉強(qiáng)度分別為297mpa,279mpa和272mpa,延伸率分別為14%,35%和42%。zn含量為1wt.%時(shí),含預(yù)析出針狀14h-lpso結(jié)構(gòu)相的擠壓態(tài)合金峰時(shí)效后的室溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別為400mpa,335mpa和15%;高溫(300℃)抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別為281MPa,262MPa和38%。系統(tǒng)研究了峰時(shí)效熱處理后的阻尼性能。從室溫阻尼應(yīng)變譜中發(fā)現(xiàn):應(yīng)變振幅在10-5~10-4之間時(shí),阻尼值Q~(-1)_(0.5wt.%Zn)Q~(-1)_(2wt.%Zn)Q~(-1)_(1wt.%Zn);應(yīng)變振幅大于10-4時(shí),阻尼值Q~(-1)_(1wt.%Zn)Q~(-1)_(2wt.%Zn)Q~(-1)_(0.5wt.%Zn)。從高溫(300℃)阻尼應(yīng)變譜中發(fā)現(xiàn):應(yīng)變振幅在10-5~10-4之間時(shí),阻尼值Q~(-1)_(2wt.%Zn)Q~(-1)_(1wt.%Zn)Q~(-1)_(0.5wt.%Zn);當(dāng)應(yīng)變振幅大于10-4時(shí),阻尼值Q~(-1)_(1wt.%Zn)Q~(-1)_(2wt.%Zn)Q~(-1)_(0.5wt.%Zn)。利用TEM研究了峰時(shí)效后的微觀組織結(jié)構(gòu)。沿著11(2|-)0α晶帶軸觀察發(fā)現(xiàn):在時(shí)效處理過程中有層錯(cuò)的出現(xiàn),并且在層錯(cuò)上有溶質(zhì)原子的偏聚,同時(shí)在層錯(cuò)附近出現(xiàn)了嚴(yán)重的晶格畸變;沿著[0001]α晶帶軸觀察發(fā)現(xiàn)毗鄰沉淀相β′出現(xiàn)了一種棒狀相,該棒狀相中RE元素含量更高,并且這種棒狀相可以細(xì)分為若干個(gè)相互平行結(jié)構(gòu)單元,而每個(gè)結(jié)構(gòu)單元可以看成是由六個(gè)原子組成的六邊形相互拼接而成。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG146.22

【參考文獻(xiàn)】

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2 高巖;王渠東;顧金海;趙陽;童炎;Junya Kaneda;;Effects of heat treatments on microstructure and mechanical properties of Mg-15Gd-5Y-0.5Zr alloy[J];Journal of Rare Earths;2008年02期

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4 王振東;高強(qiáng)Mg-Gd-Y-Zr-Zn合金強(qiáng)韌化工藝研究[D];大連理工大學(xué);2011年

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本文編號(hào)：2381670