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长周期有序堆垛结构强化的Mg-Gd-Zn合金的研究

【摘要】:近年来,新开发的含长周期有序堆垛结构的Mg-RE-Zn系镁合金,因其独特的微观结构和优越的力学性能,尤其是优异的高温力学性能,克服了常规镁合金绝对强度低,塑性和高温力学性能差等缺点,扩大了绿色环保的镁合金在航空、汽车等工程领域的应用。 本文采用常规铸造结合热处理的方法制备出含长周期有序堆垛结构的Mg-Gd-Zn、Mg-Gd-Zn-Zr、Mg-Gd-Ni、Mg-Gd-Zn-Ni合金,借助OM、EDS、 SEM、TEM和XRD对合金的微观组织进行了分析。研究了长周期相的形成和转化,以及添加合金元素对合金微观组织和力学性能的影响。通过对合金进行正挤压和等通道挤压,探索了挤压长周期镁合金的强化机理。研究结果如下: 铸态Mg-Gd-Zn即生成14H长周期相,但因数量较少,对合金性能影响较小;固溶处理后,共晶组织生成大量层片状长周期相;时效处理后,层片状相未发生明显转变,但因长周期相的存在和时效强化的影响,合金的力学性能相对于铸态大幅提高;Mg-Zn-Gd合金的晶粒尺寸与冷却速度有关,冷却速度越快,晶粒越细小;Mg-Gd-Zn合金中添加Zr,可以形成富Zr核心,充当异质形核剂,促进形核发生,起到细化晶粒的作用;而且,Mg96Gd3Zn1合金添加0.2%Zr(at.%)时,时效态合金中长周期相由传统的晶界位置转移到晶内,形貌由传统的层片状转化为细条状,导致强韧的长周期相均匀分布;同时形成球状、针状等强化相,共同作用于合金性能的提高,使时效态Mg95.8Gd3Zn1Zr0.2合金获得优异的力学性能(UTS=332MPa, YS=235MPa,δ=6.9%);此外,Mg-Gd-Zn(Zr)合金因高温稳定的长周期相的存在而表现出优异的高温力学性能;Mg95.8Gd3ZnlZr0.2合金经受正挤压后,长周期相面积分数大幅提高(由64%提升到83%),力学性能提高;对合金进行了等通道挤压,Mg95.8Gd3Zn1Zr0.2合金经受1道次挤压后,长周期相发生小角度扭折,颗粒强化相碎化;2道次等通道挤压后,长周期相获得大角度扭折,从而给合金引入大量塑性变形,碎化的微小颗粒相弥散分布,起到弥散强化作用。2道次挤压后,Mg95.8Gd3Zn1Zr0.2合金获得优异的最佳的力学性能(UTS=418MPa, YS=330MPa,δ=7.5%)。 Mg-Gd-Ni铸态合金不存在共晶组织,而是生成大量成分为Mg89.76Gd7.17Ni3.07的长周期相,且长周期类型仍为14H;Mg-Gd-Zn合金中添加Ni可以促进铸态Mg-Gd-Zn-Ni长周期相的形成,形成的长周期相成分为Mg-8±1Gd-2±0.5Zn-2±0.5Ni (at.%),而热处理态长周期相成分变化为Mg-8.5±1Gd-3±0.5Zn-1.5±0.5Ni(at.%).

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1 张文波;长周期有序堆垛结构强化的Mg-Gd-Zn合金的研究[D];太原理工大学;2013年
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