【摘要】：在輕質(zhì)變形合金中,含長周期結(jié)構(gòu)相的鎂稀土系合金以其較高的強(qiáng)度和較好的塑性引起了廣泛關(guān)注,目前的研究主要是對(duì)其機(jī)械性能的改良和微觀結(jié)構(gòu)的表征。鎂稀土系合金優(yōu)良的機(jī)械性能主要來源于其中所含的長周期結(jié)構(gòu)相。長周期結(jié)構(gòu)相是鎂稀土系合金中一種重要的析出相,具有細(xì)化晶粒、為宏觀變形提供額外的滑移系、阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、儲(chǔ)氫等多種性質(zhì)。本論文基于晶體學(xué)理論,對(duì)四種較長周期的密堆長周期結(jié)構(gòu)相的堆垛序列和對(duì)應(yīng)的空間群進(jìn)行了完備的推導(dǎo)。采用球差校正透射電子顯微鏡(TEM)研究了時(shí)效處理鑄態(tài) Mg-1.0 at.%Zn-2.5 at.%Gd 合金和原始鑄態(tài) Mg-1.6 at.%Zn-0.5 at.%Dy-2.3 at.%Ni合金中長周期結(jié)構(gòu)相的堆垛序列。采用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)研究了錫元素的含量對(duì)熱擠壓Mg-1.5at.%Zn-2.0at.%Y-xat.%Sn(x=0,0.5,1.0,2.0)合金中的相結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能的影響�；诰w學(xué)理論,對(duì)13H、14H、39R和42R型長周期結(jié)構(gòu)的堆垛序列和對(duì)應(yīng)的空間群進(jìn)行了完備的推導(dǎo),13H型的長周期結(jié)構(gòu)有63種堆垛序列,14H型的長周期結(jié)構(gòu)有126種堆垛序列,39R型的長周期結(jié)構(gòu)有120種堆垛序列,42R型的長周期結(jié)構(gòu)有223種堆垛序列。在透射電子顯微鏡中研究了時(shí)效處理鑄態(tài)Mg-1.0 at.%Zn-2.5 at.%Gd合金和原始鑄態(tài)Mg-l.6 at.%Zn-0.5 at.%Dy-2.3 at.%Ni合金中長周期結(jié)構(gòu)相的堆垛序列。拍攝了原子級(jí)別分辨率的高角環(huán)形暗場像的圖片,通過分析發(fā)現(xiàn)原始鑄態(tài)Mg-1.6 at.%Zn-0.5 at.%Dy-2.3 at.%Ni合金中出現(xiàn)了 14H型的長周期結(jié)構(gòu)相,并且在其中觀察到了層錯(cuò),這種層錯(cuò)由兩個(gè)錯(cuò)排原子層組成,而在Mg-1.0 at.%Zn-2.5 at.%Gd合金中觀察到的層錯(cuò)均由一個(gè)錯(cuò)排原子層組成。在鑄態(tài)Mg-1.5 at.%Zn-2.0at.%Y合金的基礎(chǔ)上分別摻入0.5、1.0、2.0 at.%的錫元素,然后對(duì)鑄態(tài) Mg-1.5at.%Zn-2.0at.%Y-xat.%Sn((x=0,0.5,1.0,2.0)一共四種合金在723 K下進(jìn)行熱擠壓處理,以減少合金中的鑄造缺陷,并細(xì)化晶粒。然后對(duì)這四種合金進(jìn)行拉伸測試和硬度測試,發(fā)現(xiàn)在熱擠壓處理的Mg-1.5 at.%Zn-2.0 at.%Y合金中添加入0.5 at.%的Sn后,其極限抗拉強(qiáng)度由343 MPa增長至379 MPa,屈服強(qiáng)度由199 MPa增長至230 MPa,伸長率由15.9%降低至11.3%;繼續(xù)添加Sn至1.0at.%后,其極限抗拉強(qiáng)度降低至340MPa,屈服強(qiáng)度降低至203MPa,伸長率增長至17.6%;當(dāng)添加Sn的含量至2.0 at.%時(shí),其極限抗拉強(qiáng)度顯著降低至239 MPa,屈服強(qiáng)度降低至147 MPa,伸長率降低至3.43%。在熱擠壓處理的Mg-1.5 at.%Zn-2.0 at.%Y合金中添加入0.5 at.%的Sn后,其顯微硬度由82.9 HV增長至89.1 HV;繼續(xù)添加Sn至1.0 at.%后,其顯微硬度降低至81.0 HV;當(dāng)添加的Sn的含量至2.0 at.%時(shí),其顯微硬度顯著降低至51.0 HV。通過XRD、SEM和TEM分析發(fā)現(xiàn),隨著錫元素含量的提高,Mg-1.5 at.%Zn-2.0at.%Y-xat.%Sn(x=0,0.5,1.0,2.0)合金中有一個(gè)持續(xù)變化的相轉(zhuǎn)變過程。當(dāng)加入0.5 at.%Sn時(shí),發(fā)現(xiàn)合金中長周期結(jié)構(gòu)相中析出了 MgZnY三元相顆粒,初生的MgZnY三元相顆粒具有納米級(jí)別的尺寸,隨機(jī)的分布在長周期結(jié)構(gòu)相片層中。當(dāng)Sn含量提高到1.0 at.%時(shí),MgZnY三元相顆粒的數(shù)量和尺寸有了明顯的增大,而長周期結(jié)構(gòu)相的數(shù)量和尺寸明顯減小。隨著Sn含量的繼續(xù)提高,MgZnY三元相顆粒中的Zn元素持續(xù)地溶解于α-Mg基體中,MgZnY三元相顆粒的數(shù)量逐步地減少,MgSnY三元相顆粒的數(shù)量逐步地增加。當(dāng)Sn含量提高到2.0at.%時(shí),α-Mg基體中的Zn元素以MgZn二元相顆粒的形態(tài)析出,MgZnY三元相顆粒全部轉(zhuǎn)變?yōu)镸gSnY三元相顆粒,對(duì)其中隨機(jī)405個(gè)析出相顆粒進(jìn)行了尺寸的統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)其中有169個(gè)MgSnY三元相顆粒和236個(gè)MgZn二元相顆粒,MgSnY三元相顆粒的平均粒徑為1.214 μm,MgZn二元相顆粒的平均粒徑為1.007 μm,同時(shí)還觀察到了Sn3Y5顆粒的析出。熱擠壓 Mg-1.5at.%Zn-2.0at.%Y-xat.%Sn(x=0,0.5,1.0,2.0)合金中析出相隨錫元素含量提高的演化過程可用以下關(guān)系式來表述:a)MgZnY(LPSO)+ Sn → MgZnY(particle)+ Sn3Y5;b)MgZnY(particle)+ Sn→(MgZnY)Sn(particle);c)(MgZnY)Sn(particle)+ Sn→(MgSnY)Zn(particle)+ MgZn(particle);d)(MgSnY)Zn(particle)+ Sn → MgSnY(particle)+ MgZn(particle).通過對(duì)有峰值屈服強(qiáng)度和硬度的Mg-1.5 at.%Zn-2.0 at.%Y-0.5 at.%Sn合金中析出相的分析,發(fā)現(xiàn)MgZnY三元相顆粒的彌散分布阻礙了長周期結(jié)構(gòu)相中位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng),進(jìn)而提高了合金的屈服強(qiáng)度和硬度。通過對(duì)有峰值伸長率的Mg-1.5 at.%Zn-2.0 at.%Y-l.0at.%Sn合金中析出相的分析,發(fā)現(xiàn)長周期結(jié)構(gòu)相數(shù)量和尺寸的減少,減小了對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙,提高了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速度,減小了應(yīng)力集中,從而提高了伸長率。而Mg-1.5 at.%Zn-2.0 at.%Y-2.0 at.%Sn合金中機(jī)械性能的顯著下降主要是由于長周期結(jié)構(gòu)相的消失,當(dāng)失去了長周期結(jié)構(gòu)相的強(qiáng)化作用后,合金的強(qiáng)度和塑性都顯著下降。
【圖文】：

逑當(dāng)?shù)诙喑叽巛^大且不與基體共格時(shí)，位錯(cuò)通常無法從第二相顆粒中通過，逡逑這種情況下位錯(cuò)會(huì)繞過第二相顆粒向前運(yùn)動(dòng)，，如圖１．４。位錯(cuò)線在繞過第二相顆逡逑粒時(shí)，正對(duì)第二相顆粒的位錯(cuò)會(huì)被阻礙，其余的部分繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，這導(dǎo)致位錯(cuò)線發(fā)逡逑生彎折，使得位錯(cuò)線的能量上升，必須增大臨界切應(yīng)力，位錯(cuò)線才能繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。逡逑當(dāng)位錯(cuò)線完全通過第二相顆粒后，會(huì)在第二相顆粒周圍留下一個(gè)位錯(cuò)環(huán)，如圖１．４逡逑（ｄ）0逡逑／位栤逡逑＾邐＞位錯(cuò)環(huán)卜逡逑［５邐ｂ邋ｒ逡逑Ｕ邋＾邋＃荊ā歟

本文編號(hào)：2704252