Zn_Y含量的变化对Mg_Zn_Y合金组织和性能的影响

2022-05-28 来源：星星旅游

Vol.26No.10Oct.2005铸造技术

FOUNDRYTECHNOLOGY

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Zn、Y含量的变化对Mg2Zn2Y合金组织和性能的影响

陈贵林,朱世杰,张　梅,胡俊华,关绍康

(郑州大学材料科学与工程学院,河南郑州450002)

摘要:以Mg6Zn2Y为基础研究了Zn、Y含量的变化对Mg2Zn2Y基合金组织和性能的影响。结果表明铸态下增加1%Zn的合金的组织变得粗大,抗拉强度降低约10%,伸长率降低25%;同时添加1%Zn和1%Y的合金组织明显细化,抗拉强度和伸长率分别提高11%和17%;挤压后由于Y的加入形成了高熔点的化合物相,合金受这些相抑制,没有发生动态再结晶,力学性能因挤压变形得到不同程度的提高,对比分析Mg7Zn3Y合金拥有抗拉强度355MPa和伸长率4.5%较好的综合性能。关键词:镁合金;钇;挤压铸造;力学性能

中图分类号:TG146.2+2;TG113　　文献标识码:A　　文章编号:100028365(2005)1020963203EffectsofZnandYContentonMicrostructureandPropertiesofMg2Zn2YAlloys

CHENGui2lin,ZHUShi2jie,ZHANGMei,HUJun2hua,GUANShao2kang(SchoolofMaterialsandEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450002,China)

Abstract:EffectsofZnandYcontentonmicrostructureandmechanicalpropertiesofMg2Zn2Yalloyswerestudied.Theresultsshowthatgrainsizesofthealloybecomebiggerwithincreasing1%Zn.Foras2castsamplestensilestrengthisdecreasedabout10%andelongationisdecreased25%.Withincreasingofboth1%Znand1%Ygrainsizesofthealloycanberefinedsignificantly.Tensilestrengthandelongationareincreasedconsiderably,about11%and17%respectivelyforas2castsample.Becauseofformationofhighmelting2pointsecondphaseswithadditionofY,dynamicrecrystallizationofthealloydoesnotoccuraftersqueezing.Thereforemechanicalpropertiesofthealloysareimprovedtodifferentdegree.Incomparisonwithalloy1#2Mg6Zn2Yandalloy2#2Mg7Zn2Y,alloy3#Mg7Zn3Yobtainsbettercomprehensivepropertiesoftensilestrength355MPaandelongation4.5%.

Keywords:Magnesiumalloy;Yttrium;Squeezingcasting;Mechanicalproperty

　　本文研究Zn和Y含量的变化对Mg6Zn2Y基合金组织和性能的影响,同时为获得良好综合力学性能的镁合金提供参考。1　材料制备与试验方法1.1　材料制备

采集系统观察铸态和挤压态下的显微组织,采用Phil2

ipsPW1700型X射线衍射仪进行物相分析,采用Phil2ips2quanta22000型SEM进行形貌和能谱分析。将铸态和挤压态试样加工成标准试样采用万能拉伸试验机测定其抗拉强度和伸长率。

表1　合金的化学成分　w(%)

Tab.1　Chemicalcompositionofalloys

合金的化学成分见表1。选用纯镁锭、纯锌锭和

Mg2Y中间合金。在SF6(v1%)和CO2(v99%)混合气体保护下在低碳钢熔炉中进行熔炼,在700℃进行半连续浇注。1.2　试验方法

合金置于390℃下保温10h进行均匀化处理,采用XP2CE2500油压机对合金在395±5℃/2h进行热挤压,挤压比为λ=3.6。合金试样经研磨,抛光后采用4%硝酸酒精浸蚀。采用OlympusH22UMA金相

收稿日期:2005209212;　　修订日期:2005209220基金项目:教育部重点科研项目(204085)

),安徽天长人,硕士生.从事轻合金加工技术作者简介:陈贵林(19792　

合金序号

1#2#3#

Zn677

理论设计成分

Y223

Zn5.9

实际检测成分

Y1.41.62.65

余量余量余量

6.856.9

2　试验结果与分析2.1　显微组织2.1.1　铸态组织

的研究.

Email:chengl@gs.zzu.edu.cn

合金的铸态组织见图1,都是由基体和晶界上

呈连续分布的化合物相组成,呈明显的枝晶状,晶界较粗。对组织进行对比分析,可以看出增加Zn含量的2#合金晶粒明显变得粗大(图b)。同时增加Zn和Y的3#合金,晶粒最细小(图c)。对合金进行

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物相分析的结果见图2,1#合金形成的相是α2Mg、Mg12YZn和Mg3YZn6化合物,2#合金包含α2Mg、Mg12YZn和Mg7Zn3,3#合金包含α2Mg、Mg3Y2Zn3和Mg3YZn6。2#合金组织粗大是由于合金形成的

Mg12YZn高温相少,晶界上主要以Mg7Zn3二元相为

主,Mg2Zn二元相在低温相不能有效阻碍晶粒长大,

而3#合金组织更加细小则是由于Y含量的增加形成了较多的高温相。

图1　3种合金的铸态金相组织

Fig.1　As2castmicrostructureofthreealloys

(Zn固溶度最大点6.2%w)有300多度的温度范围,

在600℃以上,α2Mg固溶体结晶时,Zn的固溶度不会超过2.3%,这样多余的Zn将继续留在液相中,这个过程一直持续下去,液相中Zn的浓度将越来越高,固相点就越低,这样Zn将被推向晶界;根据Mg2Y相图[2],在α2Mg固溶体凝固这个温度范围内,Y

应该固溶5%以上,但由于Zn的影响,Y的固溶度降低了,在Mg2Zn2Y三元合金凝固线上,Y和Zn的固

图2　合金铸态下的XRD衍射图谱

Fig.2　X2raypatternsofas2castalloys

溶度随着Y/Zn比率的增加而迅速下降,另外,合金

中的Y为高熔点元素,可提供晶核,所以α2Mg固溶体不需要太大的过冷度就可以结晶。当Zn含量为5.7%时,结晶点为630℃左右,在0～10%Y范围

　　Y的加入对合金有细化晶粒的作用,凝固过程中溶质再分配造成固液界面前沿成分过冷度增大是稀土元素细化合金的主要机理[1]。

对3#合金进行能谱分析。Zn和Y均主要富集在晶界,这与镁合金的凝固过程有关。从Mg2Zn相图[5]可知,镁从649℃开始凝固,到340℃共晶温度

α内,2Mg固溶体结晶点在630℃以上。所以这两个合金元素不会降低α2Mg的固相点所以大量的Y和Zn被推向晶界[1-2]。2.1.2　挤压态组织

图3　3#合金铸态组织的SEM能谱分析

Fig.3　SEMspectrumanalysisof3#as2castalloy

《铸造技术》10/2005　

陈贵林等:Zn、Y含量的变化对Mg2Zn2Y合金组织和性能的影响

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合金挤压后的组织见图4。经过挤压变形后,组

织中原始晶粒被拉长,呈流线沿挤压方向排列,化合物相呈碎裂的小块状沿变形条带方向分布,条带之间为α2Mg基体,没有发生动态再结晶。晶间第二相化合物被拉长成长条状沿挤压方向分布在晶界,晶

内析出细小弥散质点。这些质点能够阻碍再结晶的

进行并阻碍形核和晶粒长大,也会因为细小弥散的晶内析出相的影响而阻碍合金再结晶,起到了弥散强化的作用。

图4　三种合金挤压后的金相组织

Fig.4　Microstructureofthethreeextrudedalloys

　　从Mg2Zn和Mg2Y相图可知,镁锌共晶温度

340℃小于镁钇共晶温度567℃。Mg7Zn3化合物热稳定性差,在挤压温度395℃下不能阻碍合金发生动态再结晶,而3种合金的Y含量较高,形成的Mg3Y2Zn3和Mg3YZn6等化合物熔点较高,热稳定性高[3-5],不易长大,在金属塑性变形过程中会阻碍位错运动,使合金内部保留较高的位错密度,以致于合金在约395℃的温度下挤压不发生再结晶,提高了合金的强度。2.2　力学性能2.2.1　铸态力学性能

从表2看出,3种合金经过挤压变形后,抗拉强度

都较铸态时提高了许多,尤其3#合金,合金的抗拉强度提高到355MPa,较铸态提高了150MPa。3　结论

(1)铸态下增加1%的Zn合金的组织变得粗大,

抗拉强度降低约10%,伸长率降低25%;同时增加1%的Zn和1%的Y合金的组织明显细小,抗拉强度和伸长率分别提高11%和17%。

(2)挤压后合金没有发生动态再结晶。是由于Y的加入形成了Mg3YZn6等高温相抑制动态再结晶,化合物相呈碎裂小块状沿变形条带方向分布。性能分别较其铸态有明显的提高。

(3)通过对比分析得到3#合金铸态和挤压后的力学性能最好。

参考文献

[1]　张诗昌,段汉桥,蔡启舟,等.主要合金元素对镁合金组织

合金的抗拉强度和伸长率如表2,由表可以看出

增加了锌含量的2#合金的抗拉强度和延伸率都较1#合金低,原因是高锌镁合金结晶温度区间间隔太大,合金流动性大大降低,降低了铸造性能,合金的铸态组织较1#合金粗大。而在相同锌含量的2#和3#合金中增加了1%的Y的3#合金的抗拉强度和延伸率都较2#合金的好,抗拉强度提高了近30MPa,而伸长率提高了55.6%。合金抗拉强度提高主要在于Y含量的增加,细化了晶粒,同时在晶界形成的连续网状结构增厚,晶界上的化合物相增多的缘故。

表2　合金的力学性能

Tab.2　Mechanicalpropertiesofthealloys

和性能的影响[J].铸造,2001,50(6):3102314.

[2]　长崎诚三,平林真编著.二元合金状态图集[M].冶金工

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[5]　李亚国,段劲华,刘海林,等.钇稀土在Mg2Zn2Zr镁合金

elevated

temperature

application[J].MaterialsScienceandEngineering2004,

试样号

1#2#3#

铸态

σb/MPa

185170205

挤压态

δ(%)

6.04.57.0

σb/MPa

290285355

δ(%)

3.55.04.5

2.2.2　挤压后力学性能

中的强化作用[J].现代机械,2003(5):86288.

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