镁科研:热处理对铸态Mg-Zn-Y-Gd合金力学性能及LPSO相形貌的影响 原创 JMA_CCMg JMACC ...

来自: JMACCMg 收藏 邀请

论文概述

镁合金由于其密度低、比强度高、比刚度高以及对环境友好等优点,广泛应用在汽车、航空航天及3C产品等领域,被誉为21世纪最具发展潜力的绿色金属材料之一。然而,镁合金绝对强度偏低成为了限制其进一步发展的主要原因。通常在Mg-Zn-RE系合金中会形成长周期堆垛有序相(Long Period Stacking Ordered,简称LPSO相),该相可有效提高合金的力学性能。Mg-Zn-Y-Gd系合金是Mg-Zn-RE合金中极具潜力的一类合金,该系列合金在适当的元素配比和热处理工艺下会形成LPSO相强化合金,使合金具有优异的力学性能。然而,目前大多数的高性能Mg-Zn-Y-Gd系合金是以高稀土低Zn的元素配比为主,由于稀土含量较高,提高了成本,不利于镁合金的商业化应用。因此,如何在保证合金高性能的前提下,降低合金的成本具有重要意义。

最近,重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心Kim Jonghyun教授等人通过采用控制RE含量,提高Zn含量的方法,促使合金中的第二相转变为LPSO相和金属间化合物相的混合结构,以达到提高性能同时降低成本的目的。Mg-1.8Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金(合金A)在较低的稀土含量下,其铸态性能为:屈服强度134 MPa,抗拉强度247 MPa,延伸率2.9%。相较于Mg-0.9Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金(合金B),其抗拉强度提高了19 MPa,证明了相对于单一LPSO相的结构,LPSO相和金属间化合物相的混合结构具有更强的强化效果。该研究为降低高性能镁合金的成本提供了思路。

系统研究了Mg-1.8Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金及Mg-0.9Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金在铸态、固溶态和时效态的微观组织和力学性能。(1)据报道,Mg-Zn-Y-Gd系合金在不同的Zn/RE比值下会生成不同种类的第二相。如图1所示,当合金中Zn含量从0.9 at.%提升到1.8 at.%的时候,合金中第二相由单一的LPSO相转变成了LPSO相+W-Mg3Zn3RE2的混合结构。经过软件统计计算可知,Mg-1.8Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金中LPSO相体积百分比为23.6%,而Mg-0.9Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金中LPSO相和W相的体积百分比分别为21.7%和2.2%,两相总含量与Mg-1.8Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金中LPSO相的含量相近。该结果表明Zn元素含量的提升促使合金中的LPSO相转变为W相。(2)对合金进行了室温和200 ℃下的拉伸测试,其结果如表1所示。从中可以得出,在室温和200 ℃下Mg-1.8Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金具有更高的力学性能,因此在第二相含量不变的前提下,由W相+LPSO相组成的混合结构,具有比单一LPSO相更强的强化能力,这是Mg-1.8Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金具有更高力学性能的主要原因。此外,由于W相在高温下具有更好的稳定性,使得铸态Mg-1.8Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金在200 ℃下仍然具有101 MPa的屈服强度和225 MPa的抗拉强度。而Mg-0.9Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金在单一LPSO相的结构下,其高温性能相对较差,其屈服强度和抗拉强度仅为89 MPa和166 MPa。


图1 SEM形貌照片: (a)合金A, (b)合金B, (c)XRD图谱


表1 不同状态下合金在室温和200℃时的力学性能


此外,还研究了两种合金在热处理条件下的微观组织和力学性能。两种合金在经过480 ℃×24 h的固溶处理后,合金强度均明显下降,塑性得到一定改善。经过时效处理后,合金的强度得到了一定程度的回升,然而并未达到铸态的强度。对时效状态下的Mg-1.8Zn-0.8Y-0.8Gd(at.%)合金进行了进一步的TEM分析,如图2所示。可以看出铸态合金中的LPSO相是以块状的形貌为主,而合金在经固溶和时效处理后,出现了细长的长条状LPSO相,厚度为几纳米到几百纳米不等。因此,我们认为合金中块状LPSO相的强化效果强于层片状LPSO相,不同形貌LPSO相的强化能力不同,使合金的力学性能在经过热处理后出现了明显的差异。


图2 时效态合金A的TEM照片: (a)(b)明场照片, (c)高分辨照片, (d)衍射斑


02文章发表

该文章发表在《Journal of Magnesium and Alloys》2020年第8卷第4期:

[1] Liao H, Kim J, Lee T, et al. Effect of heat treatment on LPSO morphology and mechanical properties of Mg–Zn–Y–Gd alloys[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2020, 8(4):1120-1127.

声明:以上所有内容源自各大平台,版权归原作者所有,我们对原创作者表示感谢,文章内容仅用来交流信息所用,仅供读者作为参考,一切解释权归镁途公司所有,如有侵犯您的原创版权请告知,经核实我们会尽快删除相关内容。鸣谢:镁途公司及所有员工诚挚感谢各位朋友对镁途网站的关注和关心,同时,也诚挚欢迎广大同仁到网站发帖、投稿.


路过

雷人

握手

鲜花

鸡蛋
分享到 :  
该文章已有0人参与评论

请发表评论

全部评论

本文作者2021-1-27 13:40
镁途
粉丝0 阅读106 回复0

精彩阅读

镁途微信公众号码

扫码微信公众号
给你想要与成长

用心服务镁途
0392-2167977
周一至周五 9:00-18:00
意见反馈:[email protected]

扫一扫关注我们

Powered by Ryi  © 2019  鹤壁镁途科技有限公司  豫ICP备18030072号-1