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本文以开发新型高性能变形镁合金为研究方向,研究了单独添加Y和Nd对Mg-6Zn-1Mn-4Sn(ZMT614)变形镁合金显微组织和力学性能的影响。主要研究Mg-6Zn-1Mn-4Sn-x Y(ZMT614-x Y,x=0.1、0.5、1.0,wt.%)和Mg-6Zn-1Mn-4Sn-x Nd(ZMT614-x Nd,x=0.5、1.0、1.5,wt.%)合金的组织演变、第二相形貌特征以及室温和高温力学性能。铸态ZMT614合金由粗大连续网状化合物组成,其相组成为α-Mg、Mn、Mg7Zn3和Mg2Sn相。添加Y元素后,合金铸态组织得到细化,形成Mg Sn Y三元相,ZMT614-Y合金铸态组织由不连续的网状化合物组成,相组成为α-Mg、Mn、Mg7Zn3、Mg2Sn和Mg Sn Y相。经过均匀化处理(420℃/12h),Mg7Zn3共晶化合物溶入基体,Mg2Sn和Mg Sn Y相未发生溶解,基体上残留着粗大的树枝状Mg2Sn相和块状Mg Sn Y相。添加Nd元素,细化合金铸态组织,形成Mg Sn Nd三元相,ZMT614-Nd合金的相组成为α-Mg、Mn、Mg7Zn3、Mg2Sn和Mg Sn Nd相。经过均匀化处理(420℃/12h),合金残留着未溶入基体的颗粒状Mg2Sn相和长棒状Mg Sn Nd相。挤压温度对ZMT614-Y和ZMT614-Nd合金挤压态组织和力学性能产生明显影响。在挤压过程中,合金发生了动态再结晶,晶粒细化,再结晶晶粒取向随机分布,均匀化后的残留相被挤碎,形成平行于挤压方向的挤压流线。对于含Y合金,当Y含量低于0.5wt.%,合金的强度和延伸率随着Y含量的增加而增加,当Y含量达到1.0wt.%,合金的强度和延伸率出现降低。对于含Nd合金,随着Nd含量的增加,合金的强度增加,延伸率降低。挤压温度由360℃升高至420℃,织构强度降低,晶粒尺寸增加,合金的力学性能降低。ZMT614-0.5Y合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别由368MPa、276MPa和17.2%降低至335MPa、246MPa和11.4%。ZMT614-1.5Nd合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别由361MPa、273MPa和14.0%降低至330MPa、245MPa和11.4%。ZMT614-Y/Nd合金较优的固溶工艺为440℃/2h。对于360℃挤压的合金,较优的T6处理工艺为(90℃/24h+180℃/8h);对于420℃挤压的合金,较优的T5处理工艺为180℃/12h。在预时效阶段(90℃/24h),合金析出高数量密度的盘状和棒状G.P.区。在T6态(180℃/8h),ZMT614-0.5Y合金析出高数量密度的’1b杆状相和’2b盘状相;ZMT614-1.5Nd合金析出高数量密度的’1b杆状相、’2b盘状相和T型相。T型’2b相是由后析出的’2b盘状相依附在先析出的’1b杆状相上形成的,与基体的位相关系为:’2[0001]b∥[0001]a;’2(2110)b∥(1100)a。T5态(180℃/12h)合金主要析出较粗大的’1b杆状相,数量密度远小于T6态合金的。经过T6(90℃/24h+180℃/8h)处理,合金晶粒显著长大,析出高数量密度的纳米级’1?杆状相,因此合金的强度显著增加,延伸率显著降低,ZMT614-0.5Y合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为376MPa、371MPa和7.73%;ZMT614-1.5Nd合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为391MPa、382MPa和5.50%。经过T5(180℃/12h)处理,合金的晶粒宏观形貌未发生明显变形,析出大量较T6态粗大的’1?杆状相,所以合金的屈服强度明显增加,延伸率略有降低,ZMT614-0.5Y合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为343MPa、302MPa和10.6%;ZMT614-1.5Nd合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为364MPa、339MPa和10.1%。通过热力学计算和实验分析发现,Mg Sn Y和Mg Sn Nd三元相具有以下特点:1)在合金凝固过程中优先形成,消耗稀土元素,抑制其它稀土相的形成;2)优良的热稳定性,在均匀化和固溶过程中不溶入基体;3)晶体结构具有较低的对称性。拉伸温度对ZMT614-Y/Nd合金力学性能和断裂机制产生显著影响。拉伸温度升高,合金的强度明显降低,延伸率明显增加。挤压态和T5态的合金断口主要由韧窝、撕裂棱、第二相颗粒和孔洞缺陷组成,呈现韧性断裂的特征。随着拉伸温度的升高,T6态合金断口呈现不同的特征。当拉伸温度为150℃和200℃时,断口主要由韧窝、撕裂棱和第二相颗粒组成,合金的断裂方式为穿晶断裂;当拉伸温度为250℃时,断口主要由韧窝、撕裂棱、第二相颗粒和少量的解理刻面组成,合金的断裂方式为穿晶断裂和沿晶断裂的混合型断裂;当拉伸温度为300℃时,断口主要由撕裂棱、第二相颗粒和解理面组成,合金的断裂方式主要为沿晶断裂。