【摘 要】
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镁合金作为密度最小的结构金属材料,比强度高于钢铁材料、铝合金这些广泛使用的金属材料,但是绝对强度较低、塑性较差等缺点限制了镁合金的大范围使用。本课题通过成分设计并结合热处理和变形等手段以提高镁合金综合力学性能,并利用X射线衍射、扫描电子显微技术、扫描透射电子显微技术、X射线能谱分析和拉伸试验等方法对合金进行微观组织表征和力学性能测试,研究添加2 wt.%Zn以及不同处理工艺对合金组织和性能的影响。
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镁合金作为密度最小的结构金属材料,比强度高于钢铁材料、铝合金这些广泛使用的金属材料,但是绝对强度较低、塑性较差等缺点限制了镁合金的大范围使用。本课题通过成分设计并结合热处理和变形等手段以提高镁合金综合力学性能,并利用X射线衍射、扫描电子显微技术、扫描透射电子显微技术、X射线能谱分析和拉伸试验等方法对合金进行微观组织表征和力学性能测试,研究添加2 wt.%Zn以及不同处理工艺对合金组织和性能的影响。Mg-7Y-0.2Ca-0.5Mn（wt.%）铸态合金晶界上的β相连成网状,并且其中的部分Y元素被Ca元素置换,添加2 wt.%Zn使得β相的数量急剧减少,合金晶界上出现大量结构为18R的LPSO相,这些LPSO相在固溶处理过程中仅在结构上转变为14H,而不会像β相一样大量地固溶进基体中,这使得添加2 wt.%Zn的合金没有表现出时效硬化效果,而Mg-7Y-0.2Ca-0.5Mn合金在200°C下时效1024 h后,合金硬度值增加了约87%,达到111.6 HV。挤压变形使得合金中的第二相破碎,宏观上呈链状分布。Mg-7Y-0.2Ca-0.5Mn铸态合金挤压后得到细小且相对均匀的完全再结晶晶粒,其平均晶粒尺寸约1.96μm。Mg-7Y-0.2Ca-0.5Mn固溶态合金挤压后的晶粒基本上都发生了再结晶,但是晶粒尺寸相差较大,并且存在着少量尺寸为几百微米的变形晶粒。添加2 wt.%Zn后,挤压合金的平均晶粒尺寸在2.7μm左右,铸态合金挤压后仅有少量未发生再结晶的变形晶粒,但是经固溶处理后再挤压的合金中存在着大量未发生再结晶的变形晶粒。所有合金中的再结晶晶粒都没有表现出再结晶织构,而观察到的变形晶粒的取向也偏离传统镁合金挤压后出现的丝织构的取向。挤压变形改善了所有合金的强度和塑性,虽然Mg-7Y-0.2Ca-0.5Mn铸态合金和固溶态合金挤压后的拉伸性能基本相同,但是铸态下直接挤压的合金在时效128h后只是在晶界附近析出β’相,故强度略有提升,塑性略微下降,而经过固溶处理再挤压的合金在时效128 h后有大量β’相从基体中析出,使得抗拉强度提高到346MPa,塑性却大幅降低。添加2 wt.%Zn后,合金挤压后的拉伸性能相当稳定,抗拉强度约333 MPa,断裂延伸率约11%,并且经过时效处理后没有发生大幅度变化。
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