Mg-Zn-Y-Zr變形鎂合金組織、性能及變形行為研究.pdf

1、本文通過(guò)對(duì)Mg-Zn-Y-Zr合金進(jìn)行擠壓和熱處理,分析稀土釔以及產(chǎn)生的第二相對(duì)合金組織、變形行為和性能的影響。通過(guò)對(duì)合金進(jìn)行的熱模擬,以研究Mg-Zn-Y-Zr合金的熱變形行為以及變形過(guò)程中的變形機(jī)制和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)制,并用加工圖制定出Mg-Zn-Y-Zr合金的最佳變形條件。 研究發(fā)現(xiàn),Mg-Zn-Y-Zr合金鑄態(tài)時(shí),MgZn<,5.54>Y<,0.74>Zr<,0.39>合金的相組成為α-Mg和 I 相 (Mg<,3>Zn<,

2、6>Y,二十面體準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)),MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金和MgZn<,5.55>Y<,1.72>Zr<,0.37>合金的相組成為α-Mg,I 相 (Mg<,3>Zn<,6>Y) 和 W相(Mg<,3>Zn<,3>Y<,2>)。在熱擠壓過(guò)程中,MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金中析出橢圓形 I 相和條形 W 相的顆粒。 I相與基體沒(méi)有明確的位相關(guān)系, I 相作為二十面體共

3、晶具有高度對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),與基體之間結(jié)合能較低,所以?xún)烧哂休^強(qiáng)的聯(lián)系。W相和基體有一定的位相關(guān)系。 對(duì)三種 Mg-Zn-Y-Zr 合金進(jìn)行熱擠壓,發(fā)現(xiàn)相較ZK60擠壓合金的強(qiáng)度,Mg-Zn-Y-Zr擠壓合金的強(qiáng)度較高.釔(Y)元素加入后第二相顆粒和沉淀相增多。 I相的顆粒和析出相,在合金中有較強(qiáng)的第二相強(qiáng)化作用.在Mg-Zn-Y-Zr合金擠壓過(guò)程中,低溫和高溫時(shí)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶都能發(fā)生.第二相粒子彌散分布在Mg-Zn-Y-Zr

4、合金中,使得動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的方式以連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶為主,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒難以長(zhǎng)大.第二相粒子聚集在新晶粒晶界,也抑制了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大。功態(tài)再結(jié)晶晶粒晶粒細(xì)化,產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化效果。 擠壓后人工時(shí)效過(guò)程使 MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金的室溫拉伸強(qiáng)度改變不大,室溫屈服強(qiáng)度略有升高,塑性大幅度提高,高溫強(qiáng)度提高,高溫塑性降低。MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金在擠壓后的峰值時(shí)效過(guò)程中

5、,Mg<,2>Zn<,11>和MgZn<,2>相彌散析出,MgZn<,2>相與鎂基體有著共格關(guān)系.在過(guò)時(shí)效MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金中有MgZn相彌散析出,與基體沒(méi)有共格關(guān)系。Mg-zn-Y-Zr 鎂合金高溫等溫壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn),顯現(xiàn)穩(wěn)態(tài)流變的特征。 Mg-Zn-Y-Zr合金是一種正應(yīng)變速率敏感材料。實(shí)驗(yàn)證明可以用含Zener-hollomom參數(shù)的雙曲正弦關(guān)系式來(lái)描述MgZn<,5.53>Y

6、<,1.35>Zr<0.42>合金的高溫塑性變形過(guò)程中的流變應(yīng)力、應(yīng)變速率和溫度的相互關(guān)系.MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金流變應(yīng)力雙曲正選項(xiàng)的自然對(duì)數(shù)和Z參數(shù)的自然對(duì)數(shù)間滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系, MgZn<,5.53>Y<,1.35>ZF<,0.42>合金高溫變形時(shí)流變應(yīng)力0和變形溫度T之間滿(mǎn)足Arrhenius關(guān)系,意味著Mg-Zn-Y-Zr合金熱壓縮塑性變形是受熱激活控制的.應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)在經(jīng)過(guò)峰值后軟化的趨勢(shì)很明

7、顯,在應(yīng)力方程中引入一個(gè)軟化因子,得到流變應(yīng)力方程為:σ=9048.3εε<'0.0989> exp(-0.0067T-0.301ε)。ZK60和MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金加工圖中的最佳加工區(qū)域分別在320℃,應(yīng)變速率10<'-1.8>和360℃,應(yīng)變速率1.5×10<'-3>.MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金最佳加工區(qū)域的溫度較ZK60合金高和變形速率較ZK60合金低,能量

8、耗散率較.ZK60合金高。ZK60合金中,溫度400℃,應(yīng)變速率10<'-3>區(qū)域代表裂紋擴(kuò)散過(guò)程。 MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金的加工圖中沒(méi)有這個(gè)區(qū)域,說(shuō)明MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金的高溫成形能力較ZK60合金好.通過(guò)對(duì)比ZK60和MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金的非穩(wěn)圖,ZK60合金非穩(wěn)區(qū)域集中在高應(yīng)變速率區(qū)域.MgZn<,5.5

9、3>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金非穩(wěn)區(qū)域集中在低溫和高應(yīng)變速率區(qū)域,溫度越低非穩(wěn)區(qū)域中的應(yīng)變速率界限越低。MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金的變形穩(wěn)態(tài)區(qū)域較ZK60合金廣。 在高溫變形條件下,MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)制以連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)制為主。在低溫變形條件下,孿晶作為協(xié)調(diào)變形的重要變形方式存在,發(fā)生孿晶再結(jié)晶過(guò)程(TDRX)。MgZn<,5.

10、53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金低溫變形時(shí)的方式主要為基滑移和孿生.同時(shí)交滑移協(xié)調(diào)基滑移和棱面滑移.MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金低溫變形產(chǎn)生的孿晶都屬于{1012}型孿晶,出現(xiàn)了二次孿晶現(xiàn)象.MgZn<,5.53>Y<,1.35>Zr<,0.42>合金高溫變形方式增多,攀移和錐面滑移系統(tǒng)參與變形,孿晶的作用弱化,以{10 1 2)型孿晶為主,有{1011}型孿晶出現(xiàn)。 從文中的分析可