本文關鍵詞：稀土Er對Mg-Zn-Zr合金力學性能和熱加工過程中微結構演化的影響

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【摘要】：鎂及其合金是迄今為止最輕的金屬結構材料,但在加工過程中易出現(xiàn)織構,使組織和力學性能具有明顯的各向異性。合金化作為一種可以改善鎂合金組織和綜合力學性能的途徑,越來越受到人們的重視。因為稀土元素具有獨特的性質(zhì),添加稀土是近年來的一個研究熱點。稀土元素的添加常常能改善鎂合金的織構和力學性能。作為合金元素,稀土會與鎂合金固有的合金元素發(fā)生交互作用,使得相關元素的存在形式(即固溶或第二相)發(fā)生改變。合金元素存在形式的變化會影響合金熱變形過程中微觀組織的演變,進而影響最終的組織和力學性能。然而,已有研究很少關注稀土與其他合金元素的交互作用,稀土的添加對鎂合金組織和力學性能的影響還需進一步澄清。本課題選用稀土鉺(Er)添加到商業(yè)鎂合金ZK60中進行研究,旨在為調(diào)控鎂合金織構和設計高性能鎂合金提供理論指導。課題研究了稀土的加入對合金元素固溶和第二相的影響,并在此基礎上系統(tǒng)研究了合金的力學性能和熱加工過程中組織的演變規(guī)律,獲得了稀土的加入對動態(tài)再結晶、織構和力學性能的影響規(guī)律。相關主要結論如下:1)Er在合金中的存在形式為Mg-Zn-Er三元化合物。當Zn/Er質(zhì)量比在6和12之間時,合金中含Er相主要為I相(準晶)。當Zn/Er質(zhì)量比在1.5和3之間時,合金中的含Er相為I相和W相(面心立方)。W相是一種有序相,與a-Mg基體共格,取向關系為:w Mg001//1120,()wMg022//(0002)。Zn的存在形式包括化合物和固溶體兩種。隨著Er含量的增加,均勻化態(tài)合金中Mg-Zn化合物的含量和固溶于a-Mg中的Zn含量呈減少的趨勢。2)稀土Er的加入影響第二相的分布進而影響變形過程中孿晶的形貌。ZK60合金晶粒內(nèi)含有較多的Mg-Zn化合物,所以孿晶多呈針狀,而含Er合金孿晶多為凸鏡形貌。添加稀土Er后,合金固溶含量、第二相分布和初始晶粒尺寸發(fā)生改變,使孿生發(fā)生率在添加稀土Er后明顯降低。3)熱變形過程中多種動態(tài)再結晶機制在峰值應變附近開啟。不管第二相粒子的種類如何,粒子激發(fā)形核均形成取向彌散的晶粒。隨著變形的進行,非連續(xù)動態(tài)再結晶和孿晶誘發(fā)再結晶逐漸變?nèi)?連續(xù)動態(tài)再結晶逐漸成為主要的再結晶機制。第二相體積分數(shù)越高,粒子激發(fā)形核的貢獻越大。隨著第二相在變形過程中逐漸破碎,粒子激發(fā)形核的作用逐漸被耗竭。所有合金在變形過程中均逐漸形成基面織構。細化鑄態(tài)合金晶粒或向鑄態(tài)組織中引入較多的均勻分布的硬質(zhì)第二相,有利于獲得較弱的鎂合金變形織構。4)由于Er和Zn交互作用,在實驗添加范圍內(nèi)(0~4 wt%)Er的加入使得擠壓棒材拉伸強度略微增加,塑性略微降低。熱處理可以進一步調(diào)控形變合金的力學性能。在400℃對擠壓棒材進行固溶熱處理時,Mg-Zn化合物逐漸溶于基體,同時a-Mg基體內(nèi)缺陷逐漸減少。隨著固溶時間的延長(1.5~12小時),合金強度逐漸降低但塑性不斷提高。對固溶棒材在200℃時效10小時時,組織中靜態(tài)析出Mg-Zn粒子,包括桿狀的β1′和片狀的β2′,最終使得合金強度升高。由于時效過程中的靜態(tài)析出可進一步降低固溶棒材基體中的缺陷密度,時效處理可以使合金的塑性也得到提高。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.22

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本文編號：1226502