Mn或Zn元素对GW104合金挤压组织和力学性能影响规律研究

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Mg-Gd-Y系合金的室温力学性能和高温抗蠕变性能优异,是高性能轻质镁合金材料研究和应用的热点。本文基于高性能Mg-10Gd-4Y wt.%(GW104)合金,通过筛选添加1 wt.%的Mn元素或1 wt.%的Zn元素,采用半连续铸造、热挤压和热处理等常规工艺手段,系统研究Mn元素、Zn元素和各个工艺参数等对GW104合金相组成、微观组织和力学性能的影响规律,为进一步提高镁合金的性能和工业化应用奠定基础。采用常规半连续铸造工艺,GW104+1Mn和GW104+1Zn合金110mm直径的铸锭容易成形,其铸态组织均由等轴的树枝晶组成,晶界处的粗大相主要是Mg24(Gd,Y)5。Mn元素在GW104+1Mn合金中主要以单质α-Mn相存在,Zn元素在GW104+1Zn合金中主要以固溶体和Mg2Zn11相存在。GW104+1Mn和GW104+1Zn合金的最佳固溶工艺分别为540℃+12h和520℃+12h,晶界处的Mg24(Gd,Y)5基本得以固溶。GW104+1Mn合金中的铸态α-Mn相仍然存在于固溶态合金中,GW104+1Zn合金中的铸态Mg2Zn11相消失,出现Mg12YZn相,即固溶合金形成了14H-LPSO相。在挤压比为4~16、挤压温度为350~450℃、挤压速度2mm/s的条件下,GW104+1Mn和GW104+1Zn合金均具有较好的挤压成形性性能,两种合金的最佳挤压工艺均为挤压比为4、挤压温度为400℃,其挤压组织均为典型的双峰组织,即由未发生再结晶并沿着挤压方向被拉长的大晶粒和发生了动态再结晶的细小晶粒组成。含Mn合金最优的挤压性能为屈服强度273MPa,抗拉强度363MPa,延伸率8.0%;而含Zn合金最优的挤压态性能为屈服强度307MPa,抗拉强度400MPa,延伸率7.6%。在温度为175~225℃和时间为0~1024h的条件下,GW104+1Mn和GW104+1Zn合金均具有很强的时效硬化效果,不同挤压态合金具有不同的峰值时效时间。Mn和Zn元素均能显著提高合金峰时效的硬度值,最高可达135HV。时效态GW104+1Mn合金最高拉伸屈服强度为408MPa,抗拉强度481MPa,延伸率0.5%;时效态GW104+1Zn合金最高拉伸屈服强度为400MPa,抗拉强度521MPa,延伸率2.1%。
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