Mg-Zn-Y合金中准晶相的细化及其对性能的影响

摘要

准晶因其独特的原子排列结构而具有优异的机械和物理性能，尤其当准晶相为纳米尺度时，其作为增强相可显著提高镁合金的综合性能，具有广阔的应用前景。本文以挤压态准晶增强Mg-6.52Zn-0.95Y合金作为研究对象，研究了其高温变形行为，建立了该合金的高温压缩本构方程；其次通过半固态处理及大塑性变形，对准晶相进行细化处理，并使其均匀分散在基体内，以期得到高强度低合金含量的准晶增强Mg-Zn-Y合金。 挤压态Mg-6.52Zn-0.95Y合金在300~400℃及0.01s-1~ 1s-1范围内的本构方程为：ε?=2.319 × 108[sinh?(0.017σ)]3.991exp?(?115.041/RT )。Mg-6.52Zn-0.95Y合金具有较为宽泛的可加工区域，其加工失稳区为温度 325~370℃，应变速率为0.32~1s-1；结合加工图及显微组织，判定其最优加工区域为温度300~325℃，应变速率为0.1~1s-1。 Mg-6.52Zn-0.95Y 合金一次挤压态试样直接进行二次挤压后组织更加均匀，延伸率得到提升，最高达24.7%，相比一次挤压提高75.2%。一次挤压试样经半固态处理后再二次挤压，合金的抗拉强度、屈服强度均得到大幅度提升，最大可达375MPa和328MPa，相比一次挤压试样分别提高21.0%和53.3%。由于二次挤压工艺引入的应变较小且材料流动性不足，导致（α-Mg+I-phase）共准晶的破碎及分布不够理想，团聚分布的I-phase易引起应力集中，限制了合金强度的进一步提升。 半固态Mg-6.52Zn-0.95Y合金经过300℃2道次及200℃2道次ECAP后，得到了平均晶粒大小为2.9±0.4 μm的细晶组织，（α-Mg+I-phase）共准晶被破碎成大小为 50-500nm的I-phase 颗粒，并在剪切力的作用下沿挤压方向呈条带状分布。合金的抗拉强度达到385±18MPa，屈服强度达到290±3MPa，延伸率达到22±1.6%，相对于一次挤压态原始试样分别提高了24.2%，35.5%及56.0%。 I-phase粒子主要通过粒子激发形核机制促进动态再结晶，从而细化晶粒，提高合金强度。I-phase 粒子通过沉淀强化及第二相硬化对合金屈服强度的贡献在15.0%左右。

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