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金属热处理 2018年第3期43卷 30-34页

作者：魏新张静黄浩重庆大学材料科学与工程学院重庆400044 国家镁合金材料工程技术研究中心重庆400044

本文通过光学显微镜、拉伸试验机对比研究了Ce、Cu元素对mg-1.5zn-0.2mn合金组织和力学性能的影响。研究结果表明,Cu、Ce元素对铸态mg-1.5zn-0.2mn合金晶粒细化效果并不明显,但经350℃热变形后,能显著细化挤压态mg-1.5zn-0.2mn合金的晶... 详细信息

本文通过光学显微镜、拉伸试验机对比研究了Ce、Cu元素对mg-1.5zn-0.2mn合金组织和力学性能的影响。研究结果表明,Cu、Ce元素对铸态mg-1.5zn-0.2mn合金晶粒细化效果并不明显,但经350℃热变形后,能显著细化挤压态mg-1.5zn-0.2mn合金的晶粒组织,其中Ce细化晶粒的效果更加明显,而且Ce能够抑制合金的动态再结晶。此外,Cu、Ce元素的添加均能提高mg-1.5zn-0.2mn合金沿ED和TD方向的屈服强度和抗拉强度,其中Ce元素提高幅度更大,mg-1.5zn-0.2mn-0.2Ce合金ED、TD方向屈服强度分别为1.5 MPa和162 MPa。与此同时,这两种元素还可以改善mg-1.5zn-0.2mn合金板材强度的各向异性,其中Cu元素的改善效果更明显。

关键词： mg-1.5zn-0.2mn合金组织力学性能各向异性热变形

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mg-1.5zn-0.2Zr(mn)-0.2Ce(Cu)合金组织与性能的研究

Mg-1.5Zn-0.2Zr(Mn)-0.2Ce(Cu)合金组织与性能的研究

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作者：魏新重庆大学

学位级别：硕士

镁合金作为最轻的金属结构材料,在航空、汽车以及3C产品等产业具有巨大的应用前景。然而镁合金由于其密排六方结构,加工变形时可开启的滑移系较少,塑性、成型性能较差。目前而言,微合金化作为一种可以改善镁合金组织及性能的重要方法,... 详细信息

镁合金作为最轻的金属结构材料,在航空、汽车以及3C产品等产业具有巨大的应用前景。然而镁合金由于其密排六方结构,加工变形时可开启的滑移系较少,塑性、成型性能较差。目前而言,微合金化作为一种可以改善镁合金组织及性能的重要方法,越来越受到学者们的重视。本课题以开发高塑性变形镁合金为背景,设计了低锌、低锰含量的mg-1.5zn-0.2mn合金,以此合金为基体,在此合金基础上添加微量的Cu、Ce合金元素,分析对比Cu、Ce合金元素对mg-zn-mn系合金组织和性能的影响,此外,也设计了mg-1.5zn-0.2Zr-0.2Ce合金,利用该合金与mg-1.5zn-0.2mn-0.2Ce合金作对比,探索廉价的mn元素替代贵金属Zr的可能性。研究结果表明,Cu或Ce元素的添加对mg-1.5zn-0.2mn合金铸态晶粒尺寸影响甚微,但是在热变形过程中,都能够明显细化ZM1.50合金的晶粒,其中稀土元素Ce细化晶粒的效果更明显,此外,挤压温度为350℃时,稀土元素Ce的添加还能够延迟动态再结晶的发生。挤压棒材TD-ND面XRD宏观织构测试结果表明Cu和Ce的添加都能够降低mg-1.5zn-0.2mn合金的织构强度,其中Ce元素的添加降低强度的效果更明显。ZM1.50、ZM1.50-0.2Ce、ZM1.50-0.2Cu合金织构强度分别为6.8 m.r.d、2.9 m.r.d、4.7 m.r.d.此外,ZM1.50合金与ZM1.50-0.2Cu合金呈现的是典型的纤维织构,基面平行于挤压方向,而ZK1.50-0.2Ce,ZM1.50-0.2Ce合金呈现的是非基面织构,在热变形过程中,能够更好的促进基面滑移的开启。测试了四组合金在热变形后的力学性能,其中,挤压棒材室温拉伸实验结果表明Cu或Ce的添加都可以改善ZM1.50合金的综合力学性能。相比Cu元素,稀土元素Ce的添加可以更好的改善ZM1.50合金的力学性能,屈服强度由85MPa增加到170MPa,抗拉强度由211MPa增加到262MPa,延伸率由16.8%提高到22.2%。对比ZK1.50-0.2Ce、ZM1.50-0.2Ce合金的力学性能,发现ZK1.50-0.2Ce提高强度的幅度并不大,延伸率略低于ZM1.50-0.2Ce合金的延伸率,为18.8%。此外,添加Ce、Cu元素均能提高ZM1.50合金板坯在ED、TD方向的强度,其中Ce元素提高强度的幅度更明显。另外,Ce、Cu元素的添加还可以改善ZM1.50合金挤压板坯在强度方向上的各向异性,其中Cu元素改善板材各向异性的效果更明显,ZM1.50-0.2Cu合金在屈服强度、抗拉强度和延伸率的IPA值分别为11.8%,1.9%,14.8%。比较轧制后力学性能,发现ZM1.50合金在RD方向屈服强度最低,仅为149MPa。添加稀土元素Ce可以增强板材在RD方向的强度,相比含稀土元素的合金,ZM1.50-0.2Cu合金在RD、45°、TD方向强度大幅度提高,这主要是由于组织内部交叉重叠的孪晶以及弥散的第二相颗粒阻碍位错的运动所致。比较延伸率,ZM1.50合金与ZM1.50-0.2Cu合金延伸率在三个方向延伸率值较均匀,而ZK1.50-0.2Ce与ZM1.50-0.2Ce合金延伸率各向异性较严重,延伸率IPA值为42.5%,21.6%。比较材料轧制之后强度各向异性,ZM1.50-0.2Ce,ZK1.50-0.2Ce合金屈服强度各向异性增加,屈服强度IPA值分别为18.5%,24.9%。但就抗拉强度而言,含稀土的两组合金各向异性降低。ZM1.50-0.2Cu合金高温轧制后,屈服强度和抗拉强度的IPA值都大大降低。对比ZK1.50-0.2Ce、ZM1.50-0.2Ce合金组织及性能,发现热加工变形后,两组合金晶粒尺寸相当,力学性能测试结果表明ZM1.50-0.2Ce合金棒材具有更好的延伸率以及板材的塑性各向异性减弱,这意味着mn元素可替代Zr元素。经过多道次低温轧制后,比较板材的裂纹数量和裂纹总长度,可以总结出板材的成型性能优劣顺序为ZM1.50-0.2Cu>ZM1.50>ZM1.50-0.2Ce>ZK1.50-0.2Ce合金。杯突实验结果表明板材的成型能力优劣顺序为ZM1.50-0.2Ce>ZM1.50>ZM1.50-0.2Cu合金。

关键词： mg-1.5zn-0.2mn合金力学性能显微组织 Ce Cu

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