铝锌比以及稀土和钇对镁铝锌合金组织与性能的影响

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1、摘要摘要本文综述了镁合金的应用历史和目前的研究现状及发展方向。通过合金化和适当的热处理规范改善镁铝合金的显微组织，利用光学显微镜、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、DSC以及力学性能试验机等手段综合探讨了合金化和固溶时效规范影响析出相形态、尺寸、析出密度和晶体学特征，从而影响合金力学性能的规律和机制。对铝锌比分别为9：1、6：4和4：6的镁铝锌合金显微组织和力学性能的分析表明，随着铝锌比的降低，(1)合金的铸态组织得到细化，但时效组织中出现了由热裂引起的裂纹；(2)200"C和150"C下时效峰值硬度都降低，而且随着时效温度的降低，时效峰值硬度的出现时间被推迟。这种滞后现象是由于镁铝

2、锌合金中铝的总量减少，使时效析出的进程受到削弱所致；(3)抗拉强度和延伸率均有所下降。随着zn含量的增加，时效Mg．A1一Zn合金中的析出相从AZ91中以y-MglTAll2为主，变为AZ64中Y—M917A112和n—MgZn2混杂，再到AZ46中以r1．MgZn2为主，Zn的加入显著地改变了Mg—A1一Zn合金的析出进程。AZ64的时效组织中，除片条状Y．Mgl7A112外，还发现两种纳米尺寸的颗粒相和一种与基面垂直的极细的针状相，两种颗粒相中，一种为Y．M917A112，另一种初步判定为11-MgZn2，而极细的针状相的本质未清楚。在AZ64中还观察到少量零散分布的MgAlZ

3、n三元相巾相t相，它们可能是未固溶的原始组织的一部分。AZ46时效组织的TEM照片中未观察到Y．M917A112相，而n—MgZn2为析出相的主体。除n．MgZn2之外，还有一些块状相，其本质仍未清楚。虽然n-MgZn2的形态和晶体学特征较之Y．Mgl7A112更有利于时效强化，但由于它的析出密度较低，且合金时效组织中存在微裂纹，导致含Zn较高的合金(AZ64，AZ46等)的强度及韧性反而降低。添加稀土和钇使镁合金的共晶组织数量增加，铸态组织细化，镁合金的时效峰值硬度稍有提高，室温拉伸性能得到改善，但降低了合金的延伸率。拉伸断1：3显示沿晶断裂的趋势增加，材料的脆性增加。加入到Mg

4、—A1一Zn合金中的稀土和钇绝大部分消耗于形成稀土铝化合物和钇铝化合物，溶入基体中的很少。由于这些化合物对Y．M917A112相形核的促进作用，使后者得到一定程度的细化，加之它们本身对变形的阻碍作用，导致时效硬度和强度的少量提高(对AZ91合金较明显)。稀土和钇能引起的铸态组织的细化对提高时效强化效果也有积极的作用。各合金时效组织的种类与相应的不含稀土和钇的合金相同。即AZ91WE中以Y—MgI7A112相为主，AZ64WE中Y—Mgl7A112相和rI·MgZn2相混合存在，而AZ46WE中则以n—MgZn2相为主，加上其本质未清楚的块状组织。华南理工大学工学博士学位论文通过对调

5、整镁铝锌合金中的铝锌比或者添加适量的稀土和钇而获得的合金析出相的晶体学特征的观察与分析，结果发现：加入合金中的稀土和钇主要消耗在与铝生成化合物上，溶入基体中的很少。因此除了细化组织(包括析出相)之外，对主要时效强化相Y—M917A112和n．MgZn2的形态和晶体学特征没有影响。Y．Mg-7A112以三种形态(板条状、六棱柱状和短棒状)分别具有三种位向关系(Burgers关系、Crawley关系和Porter关系)，是AZ91(WE)中的主要时效析出相。且在AZ64(WE)中与T1一MgZn2共存，但在AZ46(VCE)中却未见到。n—MgZn2是AZ46(WE)中的主要时效析出相

6、，呈棒状，轴线为<0001>。／／<1120>日，即与母相基面垂直，位向关系为(1100)。，／(10lO)。，【OOOll。／／[1210]。，是Mg-AI—Zn合金系统中一种尚未见报导的所谓“横置位向关系”。n—MgZn2的棒状形态可以用不变线原理解释，棒的轴线<1110>。／／<1120>。便是不变线方向，析出相沿不变线择优生长；也可以用界面上对接平行晶面的面间错配度(应变)差别来解释，即在侧界面上的错配度比顶界面上的低得多，导致析出相沿轴线方向择优生长。rl—MgZn2的晶体学位向可以采用“edge—to—edgematching”理论解释。其中的匹配方向是密排晶向组成的平

7、行晶向<0001>。／／<1120>。，匹配晶面是该晶带中原子排列较密、且面间错配度最小的晶面对【11001。#{1100}。。关键词：镁铝锌合金：稀土；铝锌比；时效：拉伸性能；透射电镜分析ⅡAbstractTheapplicationhistoryandresearchprogressofmagnesiumalloyswerereviewed．Aninvestigationwasmadeontheeffectsofalloyingandappropriativehe