超高压下Mg-Zn-Y合金凝固组织及其室温压缩变形行为

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压力达到GPa数量级时可以改变合金凝固过程的热力学和动力学条件,使合金的凝固组织与常规铸造不同。本文采用2RRL-M8型真空电阻镁合金熔炼炉在常规铸造条件下熔制了Mg-8Zn-1Y和Mg-14Zn-4Y合金;采用CS-1B型高压六面顶压机在2-6GPa超高压下对常规铸造的两种合金进行了高压凝固;利用TEM、SEM(EDS)、XRD等测试手段分析了Mg-8Zn-1Y合金和Mg-14Zn-4Y合金在不同压力下的凝固组织和相组成;用WDW3100型万能试验机对高压凝固后的Mg-Zn-Y合金进行室温压缩变形,研究了其室温变形及断裂行为。结果表明:常压下Mg-8Zn-1Y合金的铸态组织由较粗大的“冰花状”枝晶α-Mg基体和分布在枝晶间的第二相(Mg10Y2Zn和I-Mg3YZn6)组成。2-6GPa超高压下Mg-8Zn-1Y合金凝固组织出现区域柱状晶,凝固相没有改变,但是凝固组织明显变细,二次枝晶间距由常压下的401μm减小到6GPa下的8μm左右,一次枝晶臂的长度由2GPa下的456μm减小到6GPa下的180μm。Mg-8Zn-1Y在高机械压力作用下,α-Mg基体的(0110)晶面间距由常压下的0.27782nm减小到6GPa下的0.2705nm,(1011)晶面间距由常压下的0.24519nm减小到6GPa下的0.2399nm。Mg-14Zn-4Y的常压下铸态组织由粗大的等轴晶α-Mg基体和分布在枝晶间的第二相(MgYZn3和I-Mg3YZn6)组成,第二相连成网状。高压下Mg-14Zn-4Y合金凝固组织明显变细,并且由第二相组成的网状结构被打碎,粒状第二相分布更加均匀,高压下凝固相比常压下多出一相MY相。冷却速度越快,Mg-14Zn-4Y合金凝固组织越细小。常压下凝固的Mg-8Zn-1Y合金试样的压缩强度为262.6MPa,屈服强度为244.4MPa,压缩率为13.3%。随着凝固压力的增大,合金的压缩强度、屈服强度以及压缩率均大幅升高,6GPa的凝固压力下合金的抗压强度为437.3MPa,屈服强度为368.9MPa,压缩率为24.7%。压缩后合金组织中存在大量形变孪晶。常压下凝固的Mg-14Zn-4Y合金试样的压缩强度为343.81MPa,屈服强度为330.84MPa,压缩率16.81%。6GPa的凝固压力下合金的抗压强度度为454.66MPa,合金的屈服强度升高到426.43MPa,压缩率为24.74%,合金的压缩率有比较大的提高。合金的塑性在高压下增强,并且合金有一定的应变硬化效应。常压凝固的Mg-8Zn-1Y和Mg-14Zn-4Y合金试样的压缩断裂为解理断裂,其解理面较大且光滑平整,解理台阶较平直且存在河流花样特征。随着压力的增大,合金断口的解理面逐渐减少,并出现撕裂岭、小韧窝和“舌状”花样,断裂机制更接近于准解理断裂。
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