Mg-1.5Zn-xY-Zr合金微观组织、力学及腐蚀性能的研究

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镁合金作为最轻的结构材料,具有高的比强度、比刚度、高的抗阻尼性、尺寸稳定性和易于回收利用等特点,在微电子、汽车、航空航天等领域已得到应用,并受到越来越多的关注。但镁合金的强度低、热稳定性和耐腐蚀性差仍是限制镁合金得到广泛运用的关键因素。近几年来,含有长周期堆垛有序结构(LPSO)相的Mg-Zn-Y-Zr合金由于其独特的微观组织和优异的力学性能而受到了广泛的关注。本文采用半连续铸造和挤压变形工艺制备出含有LPSO相的Mg-1.5Zn-xY-0.4Zr(x=3,4.5,6,7.5wt%)合金,探讨了挤压态LPSO相的形成及强化机理,研究了LPSO相在时效和退火热处理过程中的转变及其对合金微观组织和力学性能的影响,并对合金的腐蚀性能和机理进行了研究。研究结果如下:挤压态Mg-1.5Zn-xY-Zr合金均由LPSO相和α-Mg相两相组成,LPSO相主要由晶界上的18R-LPSO相和晶内少量的14H-LPSO相组成。合金中LPSO相含量随着Y的含量的增加而增加,其中Mg90.6Zn1.5Y7.5Zr0.4合金中LPSO相含量可达35.7%。LPSO相沿着挤压方向呈流线型分布,晶界处的18R-LPSO相产生扭折弯曲,呈现良好的塑性。Mg-1.5Zn-xY-Zr合金在挤压过程中发生动态再结晶,再结晶程度随Y含量的增加而增大,再结晶晶粒细小。经时效和300℃退火热处理后,合金微观组织未发生明显改变。但经400℃以上退火后,Mg-1.5Zn-xY-Zr合金中18R-LPSO相逐渐溶解,并在晶内析出14H-LPSO相。在500℃退火温度下,随着时间的延长,晶粒尺寸明显长大,晶内14H-LPSO相贯穿整个晶粒,并取代18R-LPSO相成为Mg-1.5Zn-xY-Zr合金中的主要第二相。室温下Mg-1.5Zn-xY-Zr合金挤压态的抗拉强度随Y含量的增加而提高,伸长率随Y含量的增加先提高后降低。在200℃高温下合金的拉伸强度降低很小,伸长率有所提高。Mg90.6Zn1.5Y7.5Zr0.4具有最优的综合力学性能,其室温和200℃高温下抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到360MPa、299MPa、19.67%和340MPa、282MPa、23.5%。挤压态合金经时效处理后,拉伸力学性能略微提高。经300℃时退火处理后,合金力学性能几乎保持挤压态的力学性能水平,但当退火温度超过400℃时,力学性能急剧下降。室温下合金挤压态和时效态的拉伸断口组织基本是由撕裂棱、解理面和韧窝组成的混合断口,呈现塑性断裂的特点。高温下,合金的拉伸断口组织由大量韧窝组成,合金表现出良好的强韧性。Mg-1.5Zn-xY-Zr合金主要以点蚀形成的局部腐蚀为主,腐蚀点产生于LPSO相与α-Mg的交界处。LPSO相对合金的腐蚀可以起双重作用:LPSO相既可以促进微电偶腐蚀,也可以形成类似网格状结构从而阻碍合金腐蚀的扩展。在Mg90.6Zn1.5Y7.5Zr0.4合金中,LPSO相阻碍腐蚀扩展占主导作用,合金的腐蚀速率最低。 Mg-1.5Zn-xY-Zr合金的腐蚀速大小顺序为: Mg90.6Zn1.5Y7.5Zr0.4<Mg(95.1Zn1.5Y3.0Zr0.4<Mg(92.1Zn1.5Y6.0Zr0.4<Mg93.6Zn1.5Y4.5Zr0.4;Mg-1.5Zn-xY-Zr腐蚀产物为Mg(OH)2,并伴有未被腐蚀LPSO相。
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