ZrB2对长周期堆垛有序结构增强的Mg-Zn-Y-Mn合金组织和性能的影响

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镁及镁合金作为最常见的工程材料,质轻是其表现出的主要特征。此外,镁合金还具有低的密度、高的比强度和比刚度、易回收等一系列优点,在军工、航空航天和交通运输等领域具有广泛的应用前景。但由于其绝对强度低,在一定程度上限制了它的应用。因此,制备高强韧镁合金成为了研究热点。当前,人们发现长周期堆垛有序结构(LPSO)增强的镁合金具有特殊的组织和优良的性能,而Mg-Zn-Y系合金作为长周期镁合金的典型代表,迅速成为了学者们研究的焦点。本文采用常规铸造方法制备出了含有不同量ZrB2的Mg-Zn-Y-Mn合金,研究了微量ZrB2的添加对铸态Mg-Zn-Y-Mn合金显微组织和力学性能的影响,然后探究了电磁搅拌工艺对含ZrB2的铸态Mg-Zn-Y-Mn合金显微组织和力学性能的影响。通过对铸态合金进行固溶处理,探究了固溶处理工艺对合金组织演变规律及性能的影响,并对合金中LPSO相和W相的转化进行了研究。通过对固溶态(炉冷)合金进行正挤压变形,探究了挤压过程的两个重要参数(温度和速度)对合金显微组织演化规律和力学性能的影响,并对挤压态合金中发生的动态再结晶行为进行了分析,得到的结论如下:(1)铸态合金组织由α-Mg基体相、18R-LPSO相和网状W相组成,ZrB2的添加并未改变合金中相的种类。微量ZrB2的添加能显著细化Mg-Zn-Y-Mn合金的晶粒,并对18R-LPSO相的形成有促进作用。当ZrB2的含量为0.0075wt.%时,铸态合金的显微组织和力学性能最佳,获得了225MPa的抗拉强度和17.5%的伸长率。(2)电磁搅拌可以进一步的细化含0.0075wt.%ZrB2的铸态Mg-Zn-Y-Mn合金的晶粒。在实验范围内,当施加的电磁搅拌磁场频率为25Hz,电压为340V,搅拌时间为10min时,合金获得最优的组织和力学性能,其抗拉强度和伸长率分别达到230MPa和15%。(3)对含有0.0075wt.%ZrB2的Mg-Zn-Y-Mn合金进行不同时间的固溶处理,得出最佳工艺参数为500℃×40h。经固溶炉冷后,合金中处于晶界处的连续网状W相发生球化,呈颗粒状均匀分布在基体中;条块状18R-LPSO相逐渐溶解并在基体上析出层片状14H-LPSO相。第二相的转变对合金的力学性能,尤其是塑性有显著的优化,使得合金的抗拉强度达到235MPa,伸长率达到22%。(4)固溶态合金经正挤压变形后,发生了明显的动态再结晶行为。不同的挤压速率和挤压温度对合金中各相的形貌和动态再结晶有显著影响。当挤压速度一定时,挤压温度升高,或者当挤压温度一定时,挤压速度增加,动态再结晶的体积分数都将增大。当挤压温度为360℃,挤压速率为30mm/min时,动态再结晶尺寸和体积分数分别达到最小为1.5μm和52.04%,合金具有最好的力学性能,抗拉强度和伸长率分别为358MPa和23.9%。
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