Mg-xGd-0.6Zr合金组织与性能研究

题名:Mg-xGd-0.6Zr合金组织与性能研究
作者:邓娟
学位授予单位:重庆大学
关键词:镁合金;;微观组织;;性能;;钆;;锆
摘要:

 与其它金属结构材料相比,镁的密度低,阻尼性能高,电磁屏蔽性能优异,导热导电性能好,镁及镁合金的应用受到了一定关注。镁及镁合金是一种集结构与功能于一体的理想金属材料,但密排六方晶体结构的镁滑移系少,塑性成形困难;且纯镁强度低,抗拉强度仅为100MPa,弹性模量只有45GPa。塑性成形困难和强度低是Neodymium Magnets影响镁及镁合金工业化应用的两个瓶颈。近年来,稀土镁合金特别是Mg-Gd系合金因其具有优异的室温和高温力学性能而得到重视。

 本课题通过半连续浇铸法在纯Mg基础上添加xGd(x=2,4,6%)和0.6%Zr(质量分数,下同),采用X射线荧光分析、光学显微分析、扫描电子显微镜结合能谱分析、X射线衍射分析以及透射电子显微分析等方法研究了Gd含量对不同热处理及挤压态的Mg-xGd-0.6Zr合金显微组织的影响,利用显微硬度及拉伸性能表征了材料各个状态下的力学性能,分析得到低Gd含量的Mg-Gd系合金的强化机理及塑性机理。

 研究结果表明:铸态Mg-xGd-0.6Zr(x=2,4,6%)合金呈明显的晶粒结构组织,没有出现Gd的枝晶偏析。随Gd含量增加,固溶态Mg-xGd-0.6Zr合金晶粒略微减小,退火态合金中第二相依次增加。退火态合金中第二相Mg5.05Gd主要有两种形貌,一种尺寸约5μm×5μm×1μm规则矩形相,一种不规则相。该Mg5.05Gd相在退火态Mg-4Gd-0.6Zr和Mg-6Gd-0.6Zr合金中质量百分比分别为2.787wt.%和5.340wt.%。

 随着Gd含量的增加,铸态和退火态Mg-xGd-0.6Zr合金单位质量百分比含量的强度增加率增加明显。固溶态合金中Gd的原子百分比与硬度呈直线关系,且与固溶态Mg-Gd二元合金相比,Zr的加入使单位Gd含量在镁合金http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets中的固溶强化作用减弱。随固溶温度的增加,Mg-6Gd-0.6Zr合金的晶粒尺寸增大,420°C下合金显微硬度值最大,460°C下合金中原子基本完全固溶。Mg-6Gd-0.6Zr合金最佳固溶工艺为300°C×6h+460°C×10h。

 不同状态合金经挤压后,Mg-2Gd-0.6Zr和Mg-4Gd-0.6Zr合金强度相差不大,Mg-6Gd-0.6Zr合金强度最高;三种合金的延伸率都超过30%。铸态挤压Mg-2Gd-0.6Zr、Mg-4Gd-0.6Zr和Mg-6Gd-0.6Zr合金的抗拉强度与屈服强度依次为206、207、237MPa与150、145、168MPa,延伸率依次为36.8%、43.4%、33.4%。Mg-6Gd-0.6Zr合金时效10h后,塑性变化较小,强度略有提高,抗拉强度和屈服强度分别为243、175MPa,延伸率为31.7%。所有合金的断裂方式都为韧性断裂。

 该Mg-xGd-0.6Zr系合金强度的强化方式包括细晶强化、固溶强化、第二相强化以及形变强化四种强化方式。屈服强度与各个强化方式的贡献值可线性表示。Mg-xGd-0.6Zr合金的塑性机理主要由降低c/a比值和细化晶粒共同贡献。该合金系出现具有明显高低屈服点和屈服平台的屈服现象,主要原因是位错的增殖以及位错与固溶原子的相互作用。
学位年度:2010