稀土元素对ZK60合金组织性能和热变形行为的影响

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1、摘要本文主要研究稀土元素种类和含量对ZK60系合金组织性能的影响，利用金相显微镜、x射线衍射仪及扫描电镜对合金微观组织、相组成和元素分布等进行、．了分析，并讨论两种热处理制度对合金力学性能的影响，最后研究了合金热变形行为。结果表明：1)通过对铸态组织进行金相观察和XRD相分析可知：在ZK60合金中分别添加稀土元素Ce或Y可以细化铸态合金的晶粒，净化晶界；稀土元素主要分布在晶界，形成热稳定性较好的稀土化合物，提高镁合金的热强性。此外，通过均匀化退火可以有效的消除枝晶偏析。2)试验合金经过热挤压后，均发生了动态再结晶。添加稀土元素的合金再结晶晶粒较细小。细小的晶粒有利于提高合金的

2、抗拉强度和延伸率。3)稀土元素可有效提高挤压态、T5和T6热处理态合金的力学性能。对T5态合金常温力学性能测试结果表明，ZK6&I．5Ce和ZK6&0．9Y合金具有最优的综合力学性能，ZK60．1．5Ce合金的抗拉强度和延伸率分别为：ob----338．6Mpa、6=15．6％：ZK60—0．9Y合金：ob=355．94Mpa、6=15．86％。说明Y元素的强化作用优于Ce元素。4)对ZK60-I．5Ce和ZK60．0．9Y合金分别进行T5和T6处理后，进行常温力学性能测试，结果表明：T5态合金的抗拉强度高于T6态，但是合金在T5态的延伸率稍低于T6态。在对合金塑性要求允许的

3、条件下，建议采用T5处理，可以满足对合金强度、塑性的要求。5)ZK60．1．5Ce与ZK60．0．9Y合金在热模拟压缩过程中，流变应力随应变速率和变形温度的变化而呈现出不同形式。在同一流变速率下，真应力水平随温度的提高而降低，且低温变形时，小应变量范围内加工硬化作用明显，达到峰值应力后试样断裂或流变应力进入稳态流变阶段．在同一变形温度下，材料的峰值应力和稳态应力随应变速率的增大而增大，这表明这两种合金都是正应变速率敏感材料。在较低温度下(T≤473K)，加工硬化和动态回复共同影响合金组织性能，当变形速度超过一定值合金发生断裂。当变形温度高于523K后，动态再结晶成为影响材料组

4、织性能的主要因素。6)利用Zener-Hollomon关系式，通过线性回归计算合金的变形激活能，结果表明：合金的变形激活能随温度的提高而提高。随应变速率的增大而增加。7)8)ZK60合金分别添加Ce和Y稀土后，两种合金变形激活能值均高于ZK60合金的激活能，说明稀土元素与镁基体形成的第二相具有很好的热稳定性，提高了合金的强度。且与zK60—1．5Ce合金相比，ZK60，0．9Y合金具有更高的应力指数、峰值应力和变形激活能，说明稀土元素Y比Ce具有更好的强化作用。对不同变形程度下ZK60—0．9Y合金、不同变形温度下zK60．1．5Ce合金的组织观察结果表明：两种变形参数对合金

5、变形后的组织有明显影响。在523K的变形温度下，合金的部分区域已经开始发生动态再结晶，而实际的热挤压过程中的变形速度远大于热模拟试验过程中的变形速度，若在较低温度下进行变形，动态再结晶的过程还来不及进行，故需适当的提高变形温度；而由于变形速度高，热变形过程中产生的热量亦会相应提高，为防止热裂发生应尽量降低热变形温度。制定ZK60．1．5Ce与ZK60—0．9Y两种热挤压工艺时应综合考虑上述两种因素。建议这两种合金的热挤压制度为：变形速度：25mm／s，变形温度：300--350℃。关键词：ZK60合金；稀土元素；动态再结晶；微观组织；力学性能；热变形行为Abstract1)I

6、tisshownintheresultsofmetallographicandXRDanalysisthatelementsCeorYhavegoodeffectsoffiningcrystallinegrainsandpurifyinggrain-boundaries．REelementsmainlyaggregateatgrain-boundaries．ThecompoundscontainingREhavegoodthermalstability,whichcanimprovetheheatresistantpropertiesofmagnesiumalloy．Afte

7、rhomogenizingtreatment，thedendriticsegregationdissolvesintothematrixagain．2)ObviousdynamicrecrystallizafionOCCUI苫intestedalloysafterhot-extrusion．TherecrystalgrainsofthealloyscontainingREelementsaremuchfinerthanthemasteralloy．Atthesalnetime，theygrowfiner