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高塑性稀土变形镁合金的研究

赵亚忠

  镁合金具有密排六方晶体结构,室温下只有3个几何滑移系和2个独立滑移系,塑性变形能力较差,使变形制品的应用受到了极大的限制。为促进变形镁合金的推广应用,一个方面需要发展提高镁合金塑性的加工技术,另一方面需要开发高塑性变形镁合金,提高镁合金的本质变形能力。我国是镁和稀土的资源大国,研究和开发价格适中的高性能含稀土镁合金具有非常有利的条件。本文拟在镁合金中添加少量稀土元素,改善合金热变形能力,提高生产效率以降低生产成本,同时提高室温塑性,扩大其应用范围,促进变形镁合金的发展。 本文采用金相分析、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)分析、X衍射分析(XRD)、差热分析(DSC)、力学性能测试等试验手段,研究了稀土元素铈、钕对ZK20和ZM21镁合金铸态、均匀化退火态、变形态的组织和性能的影响。 研究结果表明,钕和铈的添加使铸态合金的组织得到细化,也使合金中出现含稀土合金相。随钕和铈添加量的增加,含稀土合金相增多,其形态由颗粒状经不连续网状向网状转变。网状含稀土合金相的出现,使晶界对变形的协调作用减弱,铸态合金的拉伸断裂方式由穿晶断裂转变为沿晶断裂,使抗拉强度和延伸率均有所下降。 研究结果表明,在ZK20+xNd系中,除a-Mg和MgZn相外,随钕添加量的增加先后出现了三元含钕合金相T1(Mg 27.0-33.4, Zn 60.2-66.4,Nd 6.1-7.4)相和T2相((Mg,Zn)11.5Nd);在ZK20+xCe系中随着铈添加量的增加,合金中先后出现了两种三元含铈合金相τ1(CeMg7Zn12)和τ2 (Ce(Mg,Zn)10.1);在ZM21+xNd系中除α-Mg、α-Mn和MgZn相外,随钕添加量的增加也出现了T1和T2相。 研究发现稀土对挤压态合金的晶粒尺寸有重要影响。随着稀土钕或铈添加量的增加,挤压态合金中颗粒状含稀土合金相增多的同时,合金晶粒尺寸明显变小。ZK20合金挤压前平均晶粒尺寸为238.8μm,挤压后为23.9μm;ZK20+0.5Nd合金挤压前平均晶粒尺寸为78.2μm,挤压后为4.9μm。 添加稀土钕或铈,可使挤压态合金的抗拉强度小幅提高,而延伸率有较大幅度地增加。稀土元素的添加在使晶粒细化、提高塑性和强度的同时,稀土还与Zn元素形成三元合金相,使Zn固溶程度减弱,一定程度上削弱了合金强度。各合金系中挤压态性能最好的合金分别为:ZK20+0.5Nd、ZK20+0.7Ce和ZM21+0.5Nd。ZK20+0.5Nd的抗拉强度为237MPA,延伸率为32.7%,分别比不加铈时增高5%和50%;ZK20+0.7Ce的抗拉强度为261MPa,延伸率为24.6%,分别比不加钕时增高8%和44%;ZM21+0.5Nd的抗拉强度达232.1MPA,延伸率达32.2%,塑性有较大幅度提高。 对ZK20和ZK20+0.5Nd合金不同温度均匀化退火的研究表明:均匀化退火能大幅度降低枝晶偏析,使MgZn相及部分Mg-Zn-Nd相溶解到基体中。ZK20合金均匀化退火后挤压,挤压态合金强度与未经均匀化退火相比有所降低;而ZK20+0.5Nd合金经均匀化退火后挤压,挤压态合金强度与未经均匀化相比没有降低,同时合金的塑性明显提高。ZK20和ZK20+0.5Nd合金的优化均匀化退火工艺分别为:390℃×10h和420℃×10h。 无论添加稀土元素与否,铸态合金400℃,0.5S-1高温压缩0.7真应变时,均发生不完全动态再结晶,变形合金中残留有被压扁的原始铸态大晶粒,其晶界处存在等轴的再结晶小晶粒。随钕和铈的添加量的增加,合金高温压缩峰值应力及峰值应变均增高。 本研究的合金中,ZK20+0.5Nd和ZM21+0.5Nd二种含钕镁合金的挤压态延伸率均达到30%,比常用镁合金具有塑性优势,便于工业上大规模生产。而ZK20+0.7Ce合金在抗拉强度达到了常用镁合金的水平的同时,塑性比常用商业变形镁合金高,在制品成形加工及使用性能上具有一定的优势。……   
[关键词]:变形镁合金;;;塑性;晶粒细化
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:重庆大学2010年
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