简介概要

Mg-15Gd-3Y挤压合金的时效强化

来源期刊:中国有色金属学报2010年第4期

论文作者:张磊 董选普 李继强 李继强 王爱华 罗可 樊自田

文章页码:599 - 605

关键词:镁合金;挤压镁合金;Mg-15Gd-3Y合金;时效强化;显微组织;力学性能

Key words:magnesium alloy; squeezed magnesium alloy; Mg-15Gd-3Y alloy; aging strengthening; microstructure; mechanical properties

摘    要:研究时效处理对挤压态Mg-15Gd-3Y合金显微硬度及力学性能的影响,采用透射电镜对时效析出相的形态进行分析。结果表明:225 ℃、14 h时效时合金获得最高硬度,为135 HV,此时,晶内弥散析出许多纳米β′亚稳相,且与基体有着良好的共格匹配性,使合金获得较高强度和硬度,同时塑性降低;在225 ℃、70 h过时效作用下,纳米β′亚稳相原位长大成β稳定相,且与基体失去共格匹配性,降低合金的强度和硬度,同时塑性有所回升;合金的最高强度出现在200 ℃、100 h时效处,此时,抗拉强度达到446.67 Mpa,合金中的β′ 亚稳相呈蠕虫状,沿亚晶界分布,有效地阻碍亚晶界和位错的运动,从而强化合金。

Abstract: The effects of aging on the Vickers hardness and mechanical properties of the squeezed Mg-15Gd-3Y alloy were investigated, and TEM was used to observe the microstructure of the precipitates. The results show that a maximum hardness of 135 HV can be attained when aged at 225 ℃ for 14 h. The alloy exhibits good strength and hardness but poor plasticity due to the precipitation of the nanoscale β′ metastable phase, which has good coherence with the matrix. The β′ phase transforms into the β stable phase in-situ, and becomes incoherent with the matrix when aged at 225 ℃ for 70 h. This induces the decline of the strength and hardness, and somewhat the recovery of the plasticity. The alloy achieves a maximum tensile strength of 446.67 MPa when aged at 200 ℃ for 100 h, and the β′ phase shows a shape of helminth and distributes along the subgrain boundaries. The β′ phase baffles the movement of the subgrain boundaries and dislocation effectively, and strengthens the alloy.

基金信息:宁波市自然科学基金资助项目
国家自然科学基金资助项目



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文章编号:1004-0609(2010)04-0599-07

Mg-15Gd-3Y挤压合金的时效强化

张  磊1,董选普1,李继强2,王爱华1,罗  可1,樊自田1

 (1. 华中科技大学 材料成形与模具技术国家重点实验室,武汉 430074;

2. 浙江大学 宁波理工学院 机电与能源工程分院,宁波 315100)

摘  要:研究时效处理对挤压态Mg-15Gd-3Y合金显微硬度及力学性能的影响,采用透射电镜对时效析出相的形态进行分析。结果表明:225 ℃、14 h时效时合金获得最高硬度,为135 HV,此时,晶内弥散析出许多纳米β′亚稳相,且与基体有着良好的共格匹配性,使合金获得较高强度和硬度,同时塑性降低;在225 ℃、70 h过时效作用下,纳米β′亚稳相原位长大成β稳定相,且与基体失去共格匹配性,降低合金的强度和硬度,同时塑性有所回升;合金的最高强度出现在200 ℃、100 h时效处,此时,抗拉强度达到446.67 Mpa,合金中的β′ 亚稳相呈蠕虫状,沿亚晶界分布,有效地阻碍亚晶界和位错的运动,从而强化合金。

关键词:镁合金;挤压镁合金;Mg-15Gd-3Y合金;时效强化;显微组织;力学性能

中图分类号:TG 166.4       文献标志码:A

Aging strengthening of squeezed Mg-15Gd-3Y alloy

ZHANG Lei1, DONG Xuan-pu1, LI Ji-qiang2, WANG Ai-hua1, LUO Ke1, FAN Zi-tian1

 (1. State Key Laboratory of Material Forming and Mould & Die Designing,

Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;

2. School of Mechanical and Energy, Ningbo Institute of Technology, Zhejiang University, Ningbo 315100, China)

Abstract: The effects of aging on the Vickers hardness and mechanical properties of the squeezed Mg-15Gd-3Y alloy were investigated, and TEM was used to observe the microstructure of the precipitates. The results show that a maximum hardness of 135 HV can be attained when aged at 225 ℃ for 14 h. The alloy exhibits good strength and hardness but poor plasticity due to the precipitation of the nanoscale β′ metastable phase, which has good coherence with the matrix. The β′ phase transforms into the β stable phase in-situ, and becomes incoherent with the matrix when aged at 225 ℃ for 70 h. This induces the decline of the strength and hardness, and somewhat the recovery of the plasticity. The alloy achieves a maximum tensile strength of 446.67 MPa when aged at 200 ℃ for 100 h, and the β′ phase shows a shape of helminth and distributes along the subgrain boundaries. The β′ phase baffles the movement of the subgrain boundaries and dislocation effectively, and strengthens the alloy.

Key words: magnesium alloy; squeezed magnesium alloy; Mg-15Gd-3Y alloy; aging strengthening; microstructure; mechanical properties

                    


镁合金因具有高的比强度和比刚度、良好的减震降噪性能、电磁屏蔽性能、机械加工性能和易于回收等优点,已被广泛应用于汽车和航空等领域中[1-2]。常用的Mg-Al系和Mg-Zn系合金的耐热温度均低于 200 ℃, 能在200 ℃以上得到应用的镁合金主要是稀土镁合金,在镁合金中加入稀土元素后能显著提高合金的强度和耐热温度[3]。由于镁稀土合金主要通过沉淀强化的机制达到强化的目的,因此,时效处理对合金强韧化的作用显得尤为重要。以往研究均证实了时效中期析出的亚稳相是该系合金强化的主要原因[4-8]但目前对此类合金时效各阶段析出相的形貌尤其是强化机制方面的研究还不够充分,对低温下长时间时效析出相的研究较少。本文作者以挤压态Mg-15Gd-3Y合金为研究对象,采用透射电镜研究时效对该合金析出相演变和力学性能的影响,着重分析200 ℃下长时间时效析出相的形态,以揭示析出相的强化机理。

1  实验

本研究所用合金的成分如表1所列。合金在电阻炉中熔炼浇注成锭后,先进行(520 ℃,8 h)的均匀化处理,并去除铸锭表面的氧化皮,用500 t的挤压机进行正向热挤压,挤压比(λ)为16?1,挤压速度为1 m/min,挤压温度在350~400 ℃的范围内。

表1  实验合金的化学成分

Table 1  Chemical composition of experimental alloy

将加工好的试块置于箱式电阻炉中,然后放入油浴内进行时效,工艺方案如表2所列。试验中的所有温度以热电偶实测的油浴温度为准。

 

表2  挤压合金的时效处理工艺

Table 2  Aging parameters of squeezed alloy

时效后的试块经磨抛处理后,用2%盐酸水溶液腐蚀,用HV-1000显微硬度计测试显微硬度,载荷为9.8 N,保持30 s。用D8X型X射线衍射仪分析合金中的基本物相。用最大电压为200 kV JEM2100的高分辨透射电镜对时效后的析出相进行分析。

2  实验结果

2.1  挤压合金的时效硬化规律

图1所示为合金在不同温度下的时效硬化曲线。由图1可以看出:在225 ℃时效时,到达硬度峰值的时间最短,约14 h后合金硬度达到最大值(135 HV),随后硬度值下降并逐渐趋于平缓;在250 ℃时效时,到达硬度峰值的时间相对于225 ℃时效时稍长且硬度值偏低,约20 h后到达硬度峰值(123.72 HV),随后硬度值下降并趋于平缓;在200 ℃低温时效时,时效早期硬度值上升缓慢且较低,但是随着时效时间的延长,硬度一直增大。实验中对200 ℃时效进行长时间(最长为200 h)处理,得出的硬化曲线如图2所示。由图2可知,在200 ℃时效时,在90 h左右达到硬度峰值126.09 HV,随后硬度值逐渐趋于平缓。综上所述可知,从时效硬化的角度讲,最佳时效工艺是(225 ℃,14~16 h)。

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