高压扭转变形Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的显微组织和力学性能.pdf

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1、国内图书分类号：TG146.2学校代码：10213国际图书分类号：621.785密级：公开工学博士学位论文高压扭转变形Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的显微组织和力学性能博士研究生：孙婉婷导师：郑明毅教授申请学位：工学博士学科：材料学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM282U.D.C:621.785DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringMICROSTRUCTUREANDMECHANICALPROPERTIE

2、SOFMg-Gd-Y-Zn-ZrALLOYPROCESSEDBYHIGHPRESSURETORSIONCandidate：SunWantingSupervisor：Prof.ZhengMingyiAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution

3、：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要镁合金作为绿色轻质金属工程结构材料之一，具有低密度、高比强度、高比刚度，在航空航天、汽车、电子通信领域有广泛的应用前景。近年来，Mg-RE-Zn系合金由于含有特殊长周期有序结构(LPSO)相以及优良力学性能得到广泛关注。但与铝合金相比，镁合金仍存在强度低、室温塑性差等不足限制了其进一步应用。本论文通过对不同初始态Mg-8.2Gd-3.8Y-1.0Zn-0.4Zr(wt.%)合金进行室温高压扭转(HPT)变形，制备了纳米稀土镁合金，分析了HPT变形稀土镁合金的显微组织和力学性

4、能演变机理；系统研究了纳米稀土镁合金的时效行为和热稳定性，分析了纳米稀土镁合金的时效析出和强化机理及热稳定机理。铸态Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金室温HPT变形至等效应变6.0时，平均晶粒尺寸细化至55nm，硬度达到饱和约为115HV。变形过程中，粗大网状分布第二相Mg3RE逐渐被碎化为细小弥散颗粒，位错密度明显增加。晶粒细化程度远大于HPT变形传统Mg合金，硬度大于该合金经常规挤压和轧制变形后的硬度。硬化机制以晶粒细化为主，均匀弥散分布第二相颗粒以及高位错密度也起到一定的强化作用。固溶态Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金经室温10圈HPT

5、变形后平均晶粒尺寸为48nm，硬度增至126HV。与相同HPT工艺变形铸态合金比较，固溶态合金经HPT变形后的晶粒尺寸更为细小，位错密度更大。这主要归因于过饱和溶质原子增加了溶质-位错/位错-位错之间的相互作用，提高了位错密度，导致其饱和硬度高于HPT变形铸态合金。在退火态含大量LPSO相Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的室温HPT变形过程中，随着应变增加，LPSO相发生扭折、碎化以及回溶，最终形成过饱和固溶体。室温HPT变形在层片状和块状LPSO相及镁基体中引入大量缺陷，促进了LPSO相分解。当等效应变为6.6时，晶粒细化至52nm，硬

6、度增加至128HV。纳米晶、高位错密度及过饱和溶质原子的联合作用导致合金的硬化效应。峰时效态Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金在室温HPT变形初始阶段，纳米尺寸β′析出相促进位错的产生和塞积；随应变增加，位错不断切过析出相，高密度位错作为扩散通道促进溶质扩散，使析出相逐渐溶解；在变形2圈后，硬度达到最大；继续增加变形量，显微组织持续细化且位错密度持续增加，但析出相溶解引起的软化效应导致合金硬度降低。16圈后，纳米析出相完全溶解，晶粒尺寸约为-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文33nm，这表明纳米β′析出相对HPT变形的晶粒细化效果更显著。与

7、常规塑性变形Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金相比，HPT变形纳米稀土镁合金具有独特的时效析出行为和时效强化机理。HPT变形纳米稀土镁合金的最佳峰时效o温度显著降低，峰时效时间缩短。峰时效态(120C/12h)合金硬度达145HV。该HPT变形合金在峰时效阶段，溶质原子在晶界偏聚，未观察到任何析出相。过时效态直接析出稳定β相，未观察到常规微米级合金中析出的亚稳相。晶界溶质偏聚强化是峰时效态Mg-Gd-Y-Zn-Zr纳米晶合金的主要时效强化机制，并提出了晶界溶质偏聚的强化模型。对峰时效态Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金经16圈HPT变形获得的纳

8、米过饱和固溶o体进行120C时峰效热处理，硬度增加至156HV，显著高于目前公开报道的塑性变形和时效处理镁合金的硬度，也高于本文固溶态+HPT+时效处理合金的硬度值。除晶界溶质偏聚和高位错密度导致的强化作用