mg-2zn-0.7zr-0.5ca生物镁合金组织和性能的影响

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1、ECAP对Mg-2Zn-0.7Zr-0.5Ca生物镁合金组织和性能的影响材料成型及控制工程专业李杰指导教师于彦东【摘要】本文首先制备了Mg-2Zn-0.7Zr-0.5Ca镁合金铸锭，然后对铸锭进行均匀化退火处理，并对热处理态试样进行ECAP挤压。利用金相显微镜和扫描电镜对ECAP前后试样的显微组织进行观察；通过维氏硬度和拉伸性能测试对ECAP前后试样进行了力学性能分析。结果表明：等通道挤压能产生大剪切变形，可以很好的细化合金基体和第二相，平均晶粒度细化到3μm，且晶粒大小均匀；此外，合金的强度、塑性都得到了较大的提高。从而

2、制备出了具有超细晶的、高强韧性的新型Mg-2Zn-0.7Zr-0.5Ca镁合金。【关键词】Mg-2Zn-0.7Zr-0.5Ca；均匀化退火；ECAP；显微组织；力学性能【Abstract】Firstly,Mg-2Zn-0.7Zr-0.5Camagnesiumalloyingotwereprepared,andthentheingotswerehomogeneousannealingtreatment,afterthattheheattreatedsampleprocessedbyECAP.Theirmicrostructu

3、rewasobservedbyopticalmicroscopyandscanningelectronmicroscopy;ThemechanicalofthePre-ECAPandECAPedwerestudiedthroughtheVickershardnessandtensilepropertiestest.Theresultsshowthat:ECAPcanproducelargesheardeformation,thematrixandthesecondphaseofthealloywerewellrefined

4、,theaveragegrainsizerefinedto3μm,andthegrainsizewasuniform;Inaddition,thetensilestrength,ductilityhavebeengreatlyimproved,thereby,thenewMg-2Zn-0.7Zr-0.5Camagnesiumalloywithultrafinecrystals,highstrengthandhardnesswasprepared.【Keywords】Mg-2Zn-0.7Zr-0.5Caalloys;homo

5、geneousannealingtreatment;ECAP;microscopicstructure;mechanicalproperty1引言生物材料是指用于与生命系统接触和发生相互作用，对生物体进行诊断、治疗和置换损坏的组织、器官或增进其功能的材料。镁及镁合金具有密度小，比强度和比刚度高，弹性模量接近人骨且镁是可被人体吸收的常量元素等优点，因此近年来，镁合金被广泛的用于生物材料领域[1]。虽然镁合金具有诸多优点，但是其密排六方的晶体结构使其在常温具有很低的塑性，因此限制了它的广泛应用。如何提高镁合金的塑性变形能力已成

6、为镁合金研究的热点。实践证明细化晶粒可改善镁合金的塑性变形能力，等通道挤压(ECAP)[2]是一种利用大剪切变形来细化材料组织的方法，可以获得超细的晶体结构，为发展新材料和改善材料的综合性能提供了有力条件。2实验材料及过程实验材料选用自行设计新型镁合金Mg-2Zn-0.7Zr-0.5Ca。对Mg-2Zn-0.7Zr-0.5Ca合金进行熔炼，然后浇注成尺寸为Φ45mm×200mm的铸锭，在铸锭芯部取样，利用线切割和车削加工成Φ25mm×90mm的棒材，对棒材进行400℃×12h的均匀化退火处理[3]以此来获得挤压试样。本文采

7、用的等通道挤压模具的内、外交角为90°，通道直径为25mm。在275℃下采用BC(相邻道次沿同一方向旋转90°)路径[4]对热处理后的棒形铸锭进行无背压的4道次挤压，挤压工艺示意图，如图1所示。图1ECAP工艺示意图3ECAP前后显微组织分析3.1ECAP前显微组织分析图2金相组织(a)铸态组织；(b)均匀化后组织铸态及均匀化退火的金相显微组织如图2所示。由图2(a)可知，铸态合金的平均晶粒度约为92μm，可以观察到在合金的晶界处，富集着大量的第二相。当金属或合金沿晶界析出连续或不连续的脆性相时，在外力的作用下，这些脆性相

8、将直接承受载荷，很易于破碎形成裂纹并使裂纹沿晶界扩展，造成试样沿晶界断裂，因此需要对铸态合金进行均匀化退火处理，使其成分均匀。铸态合金均匀化退火的工艺为400℃×12h，处理后的金相显微组织如图2(b)所示，从图可看出，晶界上富集的溶质元素大多都固溶到晶粒内部，基本消除了铸态合金的偏析现象，为后续的等通