Mg-Al-Li-Zn-Y合金的微观结构研究

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镁合金作为一种超轻金属结构材料,具有较高的比强度、比刚度,卓越的电磁屏蔽特性和优良的阻尼导热特性,在很多领域得到广泛的应用,如汽车、3C、交通运输等。在可铸性、机械强度和延展性各方面的优势使镁合金得到越来越广泛的应用。通过加入Li、Zn、Y等元素可以使镁铝合金的强度提高,同时通过多向锻造这种大塑性变形的方式,使晶粒细化,改善材料的性能。本论文采用多种测试方法对Mg-Al-Li-Zn-Y合金中沉淀相的组织形貌、晶体学特征、取向关系及其界面结合方式等进行了研究,为轻质镁合金的设计提供理论和实验依据。采用金相显微镜(OM)、X 射线衍射仪(XRD),对 Mg-7.05Al-2.65Li-2.08Zn-0.15Y合金进行了测试分析。结果显示,Mg-Al-Li-Zn-Y合金中,主要包含基体α-Mg、沿晶界析出的长条状、颗粒状的第二相γ-Mg17Al12、以及少量的Al2Y、AlLi、MgLi2Al。其中Zn元素由于含量较低全部固溶在Mg基体中而并未生成其它析出相。经过六道次的多向锻造,枝晶破碎,晶粒尺寸变小,合金中产生大量的位错,位错在晶界处塞积,α-Mg与γ-Mg17Al12、Al2Y都有一定程度的破碎。利用电子衍射(ED)和透射电子显微镜(TEM)对合金中的主要析出相γ-Mg17Al12进行了表征。γ-Mg17Al12相在合金中的主要形态为杆状、短棒状以及菱面体,形态的不同和其与基体存在一定的取向关系有关。合金中观察到γ-Mg17Al12与α-Mg基体之间存在四种取向关系,分别为:[010]γ//[2110]α,(101)γ//(0001)α;[111]γ//[1210]α,(101)γ//(0001)α差 2°;[111]γ//[0001]α,(0110)α//(111)γ;[151]γ//[0001]α,(0110)α//(101)。通过绘制已经报道的Mg-Al基合金中八种取向关系的极图进行对比,发现其对应于其中的 Pitsch-Schrader OR、Potter OR、Crawley OR 和 Porter OR 取向。其中,Pitsch-Schrader OR、Potter OR两种取向关系中γ-Mg17Al12相与α-Mg相之间的界面结合方式为半共格界面。由于稀土元素Y在Mg基体的固溶度很低,所以添加的Y元素多与Al结合形成了Al2Y相,这些Al2Y相呈现多种形貌如不规则立方体、棒状和球状等,尺寸约为100 nm-1μm。Al2Y相内部存在短程序结构、孪晶和一种长周期结构(LPSO)。孪晶是一种典型的复合孪晶,孪晶面为(111)Al2Y。观察到的LPSO结构是一种新的长周期结构,堆垛面为Al2Y的{111}面,堆垛周期是Al2Y{111}面间距的三倍。合金中的MgLi2Al析出相与其他结构(如非公度相及更为复杂的相)共存于一个晶粒中,由于MgLi2Al相是一种亚稳相,在这些相之间可能存在着结构转变。在Mg-7.05Al-2.65Li-2.08Zn-0.15Y合金中还观察到一种新的β’相,该相与基体之间存在[0001]α//[001]β’,(020)α//(1100)β’的取向关系。这种β’相与稀土 Mg合金中常见的β’相不同,其惯习面和生长取向都有所差异,其生长机理有待于进一步研究。
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