二次变形Mg-Zn-Zr-Er合金组织与析出行为研究

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Mg-Zn-Zr(ZK)系镁合金属于高强变形镁合金,具有较好的力学性能以及可以热处理强化等特点,但仍存在绝对强度不足,塑性较差的问题。  本课题以ZK60镁合金为基础,在进一步提高Zn元素含量的同时,向合金中添加质量分数wt.%分别0%,0.5%,1.0%,2.0%,4.0%的稀土元素Er,并对合金进行一次变形(热挤压)和二次变形(热轧制)加工,通过稀土元素的添加、热变形加工以及相应的热处理,试图改善合金的综合力学性能。  利用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)和室温拉伸实验等检测手段研究了 Mg-Zn-Zr-Er合金一次变形态和二次变形态以及后续热处理态的显微组织演变以及第二相的析出行为,比较了不同预处理状态的合金二次变形的变形组织和力学性能,分析了Er的添加对合金显微组织和室温力学性能的影响规律。  研究结果表明,①经过400℃热挤压,合金发生了明显的动态再结晶。Mg-9Zn-0.6Zr-2Er挤压态合金中的第二相是Mg-Zn-Er稀土相、MgZn过剩相以及动态析出的纳米尺寸的球状MgZn2相。稀土相存在两种形貌:Zn/Er在4-6之间,尺寸500nm-1μm之间的不规则颗粒和Zn/Er在10左右、尺寸为几十纳米的近球形颗粒。②Mg-9Zn-0.6Zr-2Er挤压态合金分别进行了400℃下3小时和6小时的固溶处理,以及400℃固溶1.5小时+时效处理作为二次变形前的预处理;发现固溶预处理态合金都发生了完全的静态再结晶,固溶6小时的合金晶粒尺寸较保温3小时的合金有所长大,但仍保持了细小的晶粒,而进行固溶时效预处理之后,组织发生普遍的静态再结晶,但仍然存在一定量的原始的变形晶粒;经过固溶处理之后,大量的Mg-Zn相溶入基体,而 Mg-Zn-Er稀土相仍稳定存在,这些稀土相使合金获得良好的热稳定性。③考察不同预处理态的Mg-9Zn-0.6Zr-2Er合金在二次变形过程中组织的演变,发现对于固溶预处理的合金,TD-ND面(横截面)上随着轧制的进行出现越来越多的细小动态再结晶晶粒,几乎没有孪晶产生,而RD-ND面(纵截面)上随着轧制的进行出现了数量明显的孪晶,在压下量达到75%左右时,剪切带由大量的孪晶组成,RD-TD面(轧面)上随着轧制的进行,动态再结晶晶粒数量和孪晶数量逐渐增加;固溶时效预处理的合金在热轧变形达50%时,轧制样品各个面都没有出现孪晶,而是生成大量的动态再结晶晶粒,压下量达到75%时,合金RD-ND面(纵截面)上出现大量的由孪晶组成的剪切带;进行不同预热处理合金轧制态的晶粒尺寸相差不大,均在8μm左右。④在二次变形初期,Mg-Zn-Er相沿着轧制方向成条状分布,在终轧阶段,Mg-Zn-Er相的分布变得弥散均匀;在二次变形过程中动态析出了纳米MgZn2相,固溶6小时合金在热轧后相较于固溶3小时的有更高的屈服强度,原因是较长时间的固溶处理使得Mg-Zn相回溶更充分,在接下来的热轧过程中动态析出更多的MgZn2相,经过二次变形之后,合金的屈服强度达到335MPa,比挤压态合金高出约20MPa;固溶时效预处理的合金比固溶预处理态合金经过二次变形之后具有更高的延伸率,为8%,而屈服强度和抗拉强度分别为275Mpa和346Mpa。⑤三种轧制态的合金在400℃下进行了1.5h的固溶处理之后都发生完全的静态再结晶,组织为等轴细小的晶粒,Er的添加使得合金具有良好的组织热稳定性;经过时效处理以后,从基体中静态析出的MgZn2相,使合金获得一定的时效强化效果。
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