Ho元素对ZMT613镁合金显微组织和力学性能的影响

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhengyicai2010
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镁合金具有低密度、比强度高、优异的抗阻尼性能和良好的可回收性等一系列优点,使其在为微电子、汽车以及轨道交通和航空航天等领域有巨大应用潜力。但是,其较低的绝对强度成为镁合金广泛应用的瓶颈问题之一。目前,虽有添加大量稀土元素的镁合金,如Mg-Gd-Y-Zn-Zr等高稀土镁合金表现出超高的强度,能在一定程度上解决此问题,但是其较高的成本,使其仍难以在民用领域进行工业大规模生产推广。因此,镁合金的进一步发展和应用亟待开发一种低成本且高强度的镁合金。本文利用金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析、差热分析、X射线衍射分析、EBSD,透射电镜和室温拉伸力学性能测试等方法,系统研究了不同Ho含量对铸态、挤压态和时效态Mg-6Zn-1Mn-3Sn(ZMT613,wt.%)变形镁合金显微组织和力学性能的影响规律。论文取得以下研究成果:(1)铸态ZMT613镁合金组织主要由α-Mg基体和偏聚在晶界和枝晶间的化合物组成,其第二相包括α-Mg,α-Mn,Mg-Zn,Mg2Sn以及只出现在含Ho合金中的MgxSn Ho新三元相,该新相的生成会消耗合金中的Sn元素,从而抑制Mg2Sn相的生成;Ho元素的添加能明显细化铸态组织,其中ZMT613-0.8Ho(wt.%)合金二次枝晶间距仅为22.7μm,小于基础合金ZMT613的32.8μm;Ho元素的添加同时也会弱化均匀化处理效果,随着Ho元素含量的增加,未溶的大块状化合物逐渐增多,这是由于合金中的高熔点化合物随着Ho含量的增加而增多,从而弱化了均匀化效果;经过探究,较优的均匀化处理工艺为:330 oC/15 h+430 oC/2 h;(2)在热挤压过程中,随着稀土元素Ho含量的增加,第二相数量增加,同时晶粒逐渐细化,其ZMT613-xHo合金的晶粒大小分别为1.75μm,2.88μm,2.49μm和2.22μm。另外,合金织构强度呈起伏变化趋势,分别为3.60,17.22,5.50和7.43。根据挤压态合金的组织结构和力学性能测试结果发现:1)当0.1 wt.%Ho添加至基础合金ZMT613中时,大多数Ho原子溶入镁基体中,合金的轴比c/a增大,再结晶程度减弱,促进织构强化;2)当0.4 wt.%Ho添加至ZMT613合金中时,更多的Ho原子与Sn、Mg结合形成细小弥散的MgxSn Ho相,通过PSN效应,促进再结晶过程;3)随着Ho元素添加量进一步增加至0.8 wt.%时,过多的Ho原子偏聚在晶界附近,形成连续且粗大的第二相,不仅阻碍再结晶过程,促进合金织构的强化,也导致在外加载荷条件下,已发生应力集中,恶化合金性能,其室温延伸率从0.4 wt.%Ho合金的17.1%下降到10.9%。因此,在所有挤压态合金中,ZMT613-0.4Ho合金表现出最优异的综合力学性能,其屈服强度,极限抗拉强度和延伸率分别达到235 MPa,346 MPa和17.1%。经过研究,ZMT613-xHo合金较优的固溶工艺为:420 oC/2 h。(3)经时效处理后,合金中析出了大量细小且弥散的第二相,包括Mg-Zn,Mg2Sn相,以及添加Ho元素后形成的呈颗粒状的MgxSn Ho相。在时效过程中,含Ho合金中的第二相明显粗化,会提高位错的钉扎效果和晶界运动的阻碍效果,并在其周围出现了第二相颗粒贫化区(Paiticle-depleted zones,PD zones),促进了合金强度的提升。对于ZMT613-xHo合金,在优化后的180℃/12 h单级时效处理条件下,ZMT613-0.4Ho的综合力学性能最佳,其屈服强度、极限抗拉强度以及延伸率分别为:320 MPa、400 MPa和5.19%。在优化后的90 oC/24 h+180℃/8 h双级时效处理条件下,ZMT613-0.8Ho合金的综合力学性能最佳,其屈服强度、极限抗拉强度以及延伸率分别为345 MPa、405 MPa和6.33%。
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