论文部分内容阅读
塑性差已成为变形镁合金加工与应用上的一个瓶颈,改善变形镁合金的塑性是变形镁合金研究与应用中急需解决的关键技术之一。含稀土变形镁合金具有铸造性能优异,塑性变形潜力大,比强度高,力学性能优异等诸多优点。本文以ZK21(Mg-1.5%Zn-0.6%Zr,wt%,下同)变形镁合金为基础合金,采用稀土元素Er进行改性,使用金相、X-射线衍射分析、差热分析、扫描电镜和能谱分析等实验手段研究了Er含量在0~4.0%范围内合金的铸态、热处理态和变形态的显微组织;在热模拟实验基础上,对合金进行了轧制、挤压塑性变形;分析了稀土Er在合金中的存在形式及对各种条件下显微组织和力学性能的影响。研究结果表明,半连续铸造ZK21镁合金铸态组织主要是由α-Mg和晶界上少量非平衡Mg-Zn共晶相组成。稀土Er加入后,与Mg、Zn元素形成(Mg,Zn)4Er三元相;均匀化后以(Mg,Zn)6Er三元化合物的形式存在;随着Er含量的增加,Er在基体中的固溶度逐渐增加。一定量稀土元素Er对合金铸态组织具有细化作用,ZK21合金平均晶粒尺寸为94μm,当添加稀土Er含量达到2.0%时,合金平均晶粒尺寸最小,为62μm。轧制变形中镁合金发生了明显的动态再结晶。热轧至2mm时,含Er0.4%合金的平均晶粒尺寸由均匀化态的200μm细化至30μm;冷轧至1.5mm时,平均晶粒尺寸为15μm,合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为285MPa、270MPa和16%,具有较好的综合力学性能,合金经260℃、1h退火处理后,延伸率上升至21%。稀土Er的加入能促进合金在热变形过程中的均匀塑性变形和均匀再结晶。350℃热挤压时,ZK21镁合金再结晶不充分,在组织中存在着大量的未发生再结晶的原始组织,随着稀土Er的加入,未再结晶组织逐渐变少,在稀土Er达到1.0%时,所占比例最小,此时组织较为均匀,表现出较好的塑性。420℃热挤压,ZK21合金发生完全动态再结晶并造成再结晶晶粒长大,晶粒大小不均匀;稀土Er加入后,抑制再结晶晶粒的长大,再结晶平均晶粒尺寸为4~6μm,并且随着Er含量的增加,合金的延伸率逐渐升高,含4.0%Er的合金在热挤压后的室温抗拉强度和屈服强度分别为270MPa和230MPa,延伸率高达到37%。