mgdynd（gd）系合金组织与性能研究

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1、上海交通大学博士学位论文Mg．Dy-Nd．(Gd)系合金组织与性能研究摘要镁合金由于强度低、变形能力弱和耐腐蚀性能差，至今未得到大规模的工业应用。最新研究表明，镁及镁合金中加入一定量的重稀土元素(Gd、Dy和Sm等)后具有显著的时效强化效应，可大幅度提升镁合金常规力学性能和高温耐热性能，应用前景广阔。本文将系统研究一个新的镁合金体系—Mg．Dy-Nd．(Gd)系合金不同加工状态下的组织、结构、力学性能和断裂行为，重点研究清楚合金的相形貌、结构、转变规律及强化机制，为研制高性能镁稀土合金提供实验和理论依据。Mg．Dy-Nd．(Gd)系合金铸态组织和性能研究结果表明，

2、DN73K、DNl03K、DNl03K和DGN443K合金铸态组织均由初生基体相、存在于晶界的骨骼状MgsRE(f．c⋯Ca=2．24rim)相、以及位于骨骼状M95RE相内部或者边缘的块状相REl7M93(f．c⋯ca=0．526nm)组成。Mg-Dy-Nd合金中Dy含量增加或者用Gd替换部分Dy后，合金中骨骼状相均有所增加，拉伸强度增加，塑性降低，解理断裂特征更加明显。Mg-Dy-Nd．(Gd)系合金固溶态组织和性能研究结果表明，经固溶处理后，DN73K、DNl03K、DNl23K和DGN443K合金晶粒尺寸增加，晶界骨骼状M95RE相基本消失，沿晶界分布的块

3、状REl7M93相有长大趋势。同时，合金的强度和塑性均较铸态合金有明显的提高，其断口解理面大部分由撕裂棱连接起来，表现为穿晶断裂。Mg-Dy-Nd一(Gd)系合金时效硬化曲线和时效析出行为研究结果表明，该系合金具有明显的时效硬化效应。Mg—Dy-Nd系合金中Dy含量较低的DN73K合金时效析出序列为13”、B1和13相；Dy含量较高的DNl03K和DNl23K时效析出序列依次为13”、p’、13,和13相；Gd代替部分Dy的DGN443K合金的时效析出序列依次为p”、pl和p相。其中，沿{1120)面形成的B”相(DOl9，a=2aug=0．64nm,l摘要C-c

4、Mg-O．52nm)和椭球状p’相(b．C．O．，a=0．640nm，b=2．223nm，c=O．521nm)均与基体完全共格，它们和基体的取向关系分别为：<0001>13,,／／<0001>a，(1100}13”／／{1100}a和<001>Iv／／<0001>西{100)Br／／{1120)a：沿{1100)面形成的板条状pl相(￡c⋯Ca=O．74nm)可形核于p’相，也可由p”相直接转变而来，其与基体的取向关系为：<110>ljl／／<0001>西{111}fJl／／{1120)a；pl相经共格转变形成稳定的p相(￡c⋯Ca=2．223nm)，D相为面心立

5、方超结构，且与13l相具有相同的形貌及取向关系。Mg—Dy-Nd一(Gd)系合金时效态力学性能和强化机制研究结果表明，时效初期，合金的强度随着时效时间而增加，峰时效过后，合金的强度有迅速下降的趋势，高温长时间时效处理后，合金的强度随时效时间的变化不明显。峰时效态合金中的p”相及p’相为主要强化相，强化机制为共格强化；当位错遇到早期过时效态形成的13l相时，位错可穿过该相；当位错遇到过时效态形成的p相时，位错则绕过该相，从而形成Orowan强化。峰时效态合金经室温变形后形成大量的{1012}型和一定的{1011)型形变孪晶。随着拉伸温度的升高，流变应力的降低使得诱发

6、孪晶的能力降低，从而使得合金形变孪晶的数量明显降低。高温变形过程中(高于250。C)，p”和p’相的消失及13l和13相的形成使得位错更容易沿基面及非基面滑移，从而使得合金的拉伸强度明显降低，塑性增加。其中，合金峰时效态断口解理面光滑，解理断裂特征明显，早期过时效态和过时效态合金断口均为解理断裂，断口有一定撕裂棱存在；随着实验温度的升高，合金峰时效态断口由解理断裂向韧性断裂转变。DNl23K合金挤压态组织与性能研究结果表明，未均匀化处理的合金经350℃挤压变形后，粗大的铸态骨骼状相得以破碎，合金的强度和塑性均有所提高；均匀化处理后的合金经350℃和450℃挤压后，

7、发生了动态再结晶，过饱和固溶体内析出球状相，其结构与铸态骨骼状相的完全相同，合金的强度和塑性均得到明显的提高，实验范围内挤压温度对合金组织性能的影响并不明显。挤压态合金的断裂方式为韧性断裂。关键词：Mg-RE合金，析出行为，晶体结构，力学性能，强化机制Ⅱ上海交通大学博士学位论文ResearchesontheMicrostructuresandMechanicalPropertiesofMg—Dy-Nd一(Gd)alloysABSTRACTMagnesiumalloyshavenotbeenwidelyusedasamainstructuralmaterialdue

8、t0tll