Mg-8Al-3.5Sr(-0.6Y)镁合金热轧及再结晶退火研究

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镁合金是目前在工程应用结构材料中最轻的材料之一,具备较强的抗震性、电磁屏蔽性、导热、导电等优异性能,并且无污染回收率可达100%,因此在交通工具、电子通讯、航空航天、生物医学等领域的应用越来越广泛,具有21世纪最具开发应用潜力的新型材料的美誉。但是,镁合金的耐热性较差,使用温度高于120℃其蠕变强度便会急剧降低,因此便限制了镁合金在较高温度下使用。此外,密排六方晶体结构使得镁及其合金的塑性远远不及钢铁、铝合金等结构材料,进而造成实际应用大大受限,因此如何在提高镁合金的耐热性的同时改善其塑性变形能力成为当前的研究重点。本文以Mg-8Al-3.5Sr、Mg-8Al-3.5Sr-0.6Y作为研究对象,通过对两种合金分别进行固溶处理、热轧及再结晶退火处理,探索合理的固溶处理工艺、累积变形量及第二相在变形过程中对组织结构的影响以及不同热轧变形量合金试样的完全再结晶退火温度。采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉伸试验机以及霍普金森压杆测试系统对合金试样的显微组织和力学性能进行检测。结果如下:(1)Mg-8Al-3.5Sr镁合金的铸态显微组织由a-Mg、网状Mg17Al12相、棒状Al4Sr相组成;Mg-8Al-3.5Sr-0.6Y镁合金铸态组织主要由a-mg、颗粒状al2y相、点块状al2sr相和棒状al4sr相构成。两种合金的最佳固溶条件均为415℃,20h,固溶处理后晶界变得清晰可见,晶内网状Mg17Al12相数量明显减少,呈棒状及点状形态的第二相分布较均匀。(2)在热轧变形过程中,随变形量的增加Mg-8Al-3.5Sr、Mg-8Al-3.5Sr-0.6Y两种合金的微观组织中均出现了大量孪晶,且动态再结晶程度呈递增趋势。在累积压下量为80%时两种合金同时获得了均匀等轴的动态再结晶显微组织,其中Mg-8Al-3.5Sr-0.6Y合金中孪晶密度远远大于Mg-8Al-3.5Sr合金。由于加工硬化的存在,合金的硬度随变形量增加而增加,但是当累积变形量为90%时,两种合金均出现了不同程度的裂纹。(3)经过不同温度的再结晶退火实验,初步确定了变形量为30%的Mg-8Al-3.5Sr、Mg-8Al-3.5Sr-0.6Y合金完全再结晶温度为350℃,而50%和80%变形量的再结晶温度分别为300℃和250℃,随变形量的增加Mg-8Al-3.5Sr、Mg-8Al-3.5Sr-0.6Y合金的完全再结晶温度呈现递减趋势。(4)Mg-8Al-3.5Sr、Mg-8Al-3.5Sr-0.6Y合金的硬度和力学性能变化与其微观组织的再结晶程度有着紧密联系,再结晶越完全合金的硬度和力学性能逐渐达到峰值。对于Mg-8Al-3.5Sr合金而言,变形量为80%的试样再结晶过程完成后获得的力学性能为最佳值,抗拉强度为310mpa、屈服强度为197mpa;变形量为80%的Mg-8Al-3.5Sr-0.6Y合金经过退火处理获得完全再结晶组织后,其抗拉强度和屈服强度分别可达315mpa、190mpa。(5)无论是Mg-8Al-3.5Sr合金还是Mg-8Al-3.5Sr-0.6Y合金,在相同再结晶温度下,变形量越大的试样晶内再结晶组织体积分数越大,这是由于热轧使得高熔点第二相的形貌发生改变,进而可以有效钉扎位错获得高密度的位错塞积,为再结晶的启动提供能量支持。
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