挤压态Mg-2Sn-2Bi...n合金的显微组织和力学性能_张全福.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月材 料 科 学 与 工 艺 .:挤压态 合金的显微组织和力学性能张全福,宋 蕾,王 建,郭振宇,任乃栋,赵建琪,武维康,程伟丽(孝义市东义镁业有限公司,山西 孝义;太原理工大学 材料科学与工程学院,太原)摘 要:低合金化的 基合金具有较高的拉伸延展性和挤压成形性,是开发高强韧镁合金的理想材料。为了弥补其强度不足的缺点,本文通过微合金化设计了一种新型的低合金化 镁合金,该合金在挤压温度为 、挤压比为 的条件下被成功挤压成形。采用电子背散射衍射仪()、射线衍射分析仪()、扫描电子显微镜()和透射电子显微镜()等技术表征挤压态合金的组织特征和相组成,并利用拉伸试验机测试了挤压态
2、合金的室温拉伸性能,此外,还对合金的强韧化机制和加工硬化行为进行了详细的讨论。结果表明:挤压态合金主要由、以及 相组成,且表现出几乎完全的动态再结晶组织和典型的挤压镁合金织构;合金的拉伸屈服强度为 ,抗拉强度为 ,伸长率为,具有良好的强韧性匹配度。合金展现出的高屈服强度是晶界强化、第二相强化和织构强化共同作用的结果;合金的断口形貌表现出典型的韧性断裂特征,然而粗大 相的存在会对塑性产生不利影响;合金的加工硬化行为可分为第阶段和第阶段,第阶段受到抑制。关键词:基合金;显微组织;力学性能;强化机制;加工硬化行为中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,;,):,(),(),(),(),(),()
3、,(),:;收稿日期:网络出版日期:基金项目:山西省留学回国人员资助项目();山西省镁合金重大科技专项项目()作者简介:张全福(),男,总工程师;程伟丽(),男,教授通信作者:程伟丽,:期刊网址:随着汽车、航空航天、电子通讯等领域的发展,对高强韧轻质合金材料提出了更高的需求。镁合金具有密度低、比强度高、减震性好及储量丰富等优点,近年来受到广泛的关注。然而,镁合金的室温强韧性和低温变形能力差,限制了其更广泛的应用。合金化可以通过调控镁合金的组织,从而实现镁合金性能的提升。但大多数合金元素无法实现合金强韧性同步提升的目的。尽管添加稀土元素()可以缓解这一状况,但昂贵的价格和复杂的制备工艺限制了 合
4、金的大规模应用潜力。因此,开发新型无稀土的高性能镁合金成为当前研究的热点。近年来,基合金受到研究者们的广泛关注。该合金中形成的 相具有高熔点(),高硬度()及较好的热稳定性,因此,基合金表现出良好的挤压成形性能和力学性能。此外,的加入还可以降低镁合金的不稳定层错能,促进塑性变形过程中非基面滑移系的激活。已有研究表明,高 含量的 基合金表现出较高的强度,这归因于较强的固溶强化和析出强化效应。然而,高 含量的 基合金中容易产生粗大的 相,导致合金的伸长率下降。因此,为了提高 基合金的强韧性,可以采用其他合金元素来替代,以减少 的添加量。与 元素相似,在镁合金中也会诱发高熔点 相的生成,从而表现出良
5、好的挤压变形能力和强化能力。此外,有研究表明,在镁合金中加入微量的 可以去除杂质,细化晶粒,弱化织构,从而提高镁合金的室温拉伸性能。本课题组前期的研究中发现,微量 的加入可以促进动态再结晶过程,细化 合金的晶粒,从而显著提高合金的力学性能。另外,挤压变形可以显著细化镁合金组织,并通过动态析出诱发微纳米第二相的析出,从而为合金强韧性的提高奠定组织基础。综上所述,挤压态低合金化的 合金展示出开发高强韧镁合金的巨大潜力。然而,目前针对 合金的研究尚鲜有报道,为此,本文将设计并制备挤压态.合金,研究其微观组织特征与室温拉伸性能间的关系,详细讨论其强韧化机制和加工硬化行为,以期开发出一种具有良好强韧性匹
6、配度的镁合金。实 验采用纯,和 ,中间合金制备.铸锭。将铸锭切割后进行固溶处理,固溶温度为 ,保温时间 ,固溶后进行淬火。随后使用 型 压 力 机 进 行 挤 压,挤 压 温 度 为,挤压比 ,挤压速度.,得到直径 的挤压棒。采用电子背散射衍射仪()表征挤压态合金的显微组织和织构信息,测量步长为.。样品先经砂纸打磨后,再进行离子抛光。采用 射线衍射仪()进行样品相的鉴定。采用场发射扫描电子显微镜()和透射电子显微镜()观察挤压态样品的微观结构。第二相体积分数通过软件 .计算。从挤压棒上沿挤压方向切出 规格的拉伸试样。在室温下使用拉伸试验机(.)以.的恒定应变速率拉伸至断裂,取 个拉伸试样的平均
7、值。采用扫描电子显微镜()观察试样的断口形貌。结果与分析.显微组织图()为合金挤压前的 图片,可以看到在晶内和晶界分布着大量条状第二相。图()为挤压态合金的 取向图,可以看到,合金表现出典型的等轴晶组织,表明合金在挤压过程中发生了动态再结晶。晶粒分布表现出双尺寸组织(粗大等轴晶和细小等轴晶),平均晶粒尺寸约为.。另外,使用截线法分别测量了沿挤压方向(,)和横向(,)的平均晶粒尺寸,其比值为.,表明挤压态合金的晶粒变形程度较低。图()为合金的动态再结晶晶粒分布图,可以看到,大部分晶粒发生了动态再结晶,少量变形严重的晶粒可能是残留的未动态再结晶晶粒或再次变形的动态再结晶晶粒。图()为试样的()晶面
8、极图,可以看到,大多数晶粒表现出基面平行于 的择优取向,这是挤压镁合金典型的织构类型,最大基面织构强度为.()。上述织构类型会导致大多数晶粒沿 方向拉伸变形时处于硬取向,导致合金的基面滑移不容易被激活,从而产生取向强化效应。图 为挤压态.合金的 谱图。图 结果表明:挤压态合金主要由,及 相组成。需要指出的 是,合 金 中 生 成 了 相,而 不 是 相,这可能是由于()相的熔点比 ()相高,因此,热稳定性高的 相会优先形成。此外,合金中没有第 期张全福,等:挤压态 合金的显微组织和力学性能检测到含 相的衍射峰,表明大部分 固溶到了 基体中或者生成的含 相数量较少。(b)(a)(c)(d)EDT
9、D12345200 m50 mED50 mfDRX=84.07%Max=6.03000101101210图 实验合金的挤压前组织(),取向图(),动态再结晶晶粒分布图()和()极图()(),(),(),()()Itensity(a.u.)10 20 30 40 50 60 70 802/()-MgMg3Bi2Mg2Bi2Ca图 实验合金的 谱图 图()和()为挤压态合金的 明场像和高分辨图,可以看到,挤压态合金中生成了大量的纳米级和亚微米级第二相颗粒,这与挤压过程中发生的动态析出有关。研究结果表明,挤压过程中产生的位错可以为纳米级析出相提供更好的形核位置,从而诱发大量的动态析出相。图()中选定
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