论文摘要
ZK60是目前商用镁合金中强度最高的一种,然而它还存在如绝对强度不够高,塑性不足等缺点。在改善合金塑性的同时,提高合金的强度是镁合金研究与应用中急需解决的关键问题之一。本课题在ZK60镁合金的基础上进一步提高Zn含量的同时,添加不同含量的稀土元素Er（wt%=0,0.5%,1.0%,2.0%,4.0%,下同）,在满足晶界形成一定量稀土相的同时,充分发挥Zn在基体中固溶强化作用,以期提高合金的综合力学性能。本文通过金相（OM）、X-射线衍射分析（XRD）、差热分析（DSC）、扫描电镜（SEM+EDS）和透射电镜（TEM）等实验手段研究了不同Er含量合金在铸态、挤压前热处理、变形态以及后续热处理态显微组织,分析了稀土Er在合金中的存在形式及对各种状态下显微组织和力学性能的影响。研究结果表明,Mg-9Zn-0.6Zr合金铸态组织主要由α-Mg和晶界上大量的Mg-Zn共晶相组成。随着稀土Er的加入,合金中形成了2种不同Zn/Er比的Mg-Zn-Er稀土相。随着Er含量的增加,第二相体积分数呈增加趋势。一定量的稀土Er具有细化铸态组织的作用:不含Er合金的枝晶间距为102μm,添加稀土Er含量达到2.0%时,合金组织最细小,枝晶间距为32μm。热挤压过程中镁合金发生了明显的动态再结晶。稀土Er加入到Mg-9Zn-0.6Zr合金中,在挤压过程中起到促进纳米级球状MgZn2相动态析出的作用,有效强化了合金。随着稀土Er含量的增加,纳米级球状MgZn2析出相成减小趋势。稀土Er的加入有利于合金均匀塑性变形和均匀再结晶,Er含量为2.0%时,其挤压态晶粒尺寸最小,平均长径为78μm,平均短径为23μm。其中Er含量为0.5%的合金力学性能为σb=366MPa,σ0.2=313MPa,δ=22%。对挤压态合金进行了固溶、固溶时效以及直接时效热处理。结果表明,稀土Er加入到Mg-9Zn-0.6Zr合金中,形成的含Er稀土相具有阻碍再结晶晶粒长大和提高合金的组织热稳定性的作用。挤压后在400℃固溶1.5h,不加稀土Er以及Er含量为0.5%合金发生完全再结晶;稀土Er含量大于1.0%时,合金再结晶不完全。随着固溶时间延长至12h时,Er含量为1.0%,2.0%,4.0%的合金发生完全再结晶,组织由晶粒平均尺寸为78μm的等轴晶组成,其中Er含量为2.0%的合金组织最均匀。挤压后进行固溶时效处理,不含Er以及Er含量为0.5%的合金基体中析出了大量MgZn2相,使得合金屈服强度较固溶态明显提高。而Er含量大于1.0%的合金屈服强度增加不明显。挤压后经直接时效,合金的屈服强度进一步提高,随着稀土Er的增加,增幅呈下降趋势,而塑性有所下降。这和基体中MgZn2相的析出有关,随着稀土Er的增加,基体中MgZn2相析出呈减少趋势。其中Er含量为0.5%的合金的力学性能为σb=372MPa,σ0.2=342MPa,δ=16%。对比挤压态和挤压后直接时效态合金发现,合金挤压过程中纳米级球状MgZn2相的动态析出较时效过程中MgZn2相的静态析出更加有优势,对提高合金屈强比的同时提高合金塑性更加有利。