Микроструктура и механические свойства Mg

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 11003 (2022) Цитировать эту статью

602 доступа

Подробности о метриках

Сплав Mg–15Gd–1Zn (мас. %) был успешно получен методом искрового плазменного спекания лент быстрого затвердевания. Исследование микроструктуры показало, что спеченные сплавы состоят из мелких зерен, фазы β1 и длиннопериодической упорядоченной фазы (LPSO). Температура и время спекания оказывают существенное влияние на микроструктурную эволюцию. Более низкая температура спекания (430 °С) была выгодна для получения более мелких зерен размером менее 5 мкм и более высокого содержания фазы β1 с содержанием 3–15 об. % и распределением по размерам (10–600) нм. . Более высокая температура при более длительном времени спекания, 450–470 °С и 5–10 мин, способствовала выделению обильно пластинчатой ​​фазы LPSO, содержание которой составляло 2–10 об.% для фазы LPSO шириной (10–100 ) нм. Механические свойства показали, что мелкий размер зерен и пересыщенный твердый раствор вносят не менее 50% предела текучести, а остаточный вклад связан с упрочнением фазы β1 и фазы LPSO, которое зависит от их содержания и размеров.

Магнию и его сплавам уделялось больше внимания из-за их высокой удельной прочности, хорошего демпфирования ударов и легкой обрабатываемости. Они использовались в космических кораблях, резервуарах с водородом, ступицах колес и других промышленных изделиях1,2. Однако низкая прочность и плохая собственная пластичность по-прежнему ограничивают широкое применение сплавов. Основная дилемма заключается в большой анизотропии энергии активации дислокации между доминирующей скользящей дислокацией в базисной плоскости и вторичной дислокацией (включая и )3,4. Классический путь решения проблемы — регулирование микроструктуры магниевых сплавов.

Было предложено несколько конкретных стратегий по улучшению и оптимизации микроструктуры магниевых сплавов. Формирование соответствующих дефектов решетки в твердом растворе является основным способом добавления легирующих элементов в матрицу Mg, таких как Al, Zn, Gd и других упрочняющих сплавов5,6. Измельчение зерна также является важным методом упрочнения магниевых сплавов, поскольку оно, очевидно, препятствует движению дислокаций по границам зерен (ГЗ)7,8, чем меньше зерна, тем больше упрочнение матрицы Mg9. Кроме того, соответствующие фазовые границы (ФГ) координируют движение различного рода дислокаций, и поэтому всегда приходится неустанно вводить в матрицу Mg одиночные или множественные упрочняющие фазы мелких размеров. Когда упрочняющие вторые фазы выделялись из матрицы Mg (твердый раствор), различные виды энергетических щелей дислокаций могли быть значительно уменьшены вместе с распространением дислокаций; таким образом, прочность и пластичность будут улучшены10,11. Однако каждый из вышеперечисленных методов имеет ограниченный эффект упрочнения, и для достижения превосходных механических свойств магниевых сплавов необходимо объединить эти три метода.

Как GB, так и PB могут одновременно увеличиваться при использовании традиционного процесса термомеханической пластической формовки и процесса термообработки в сплавах серии Mg-Gd-Y-Zn-Zr12,13,14, которые являются своего рода жизненно важным высокопрочным сплавом12,13 , 15. Затем была достигнута многомасштабная иерархическая кристаллическая структура, которая изучалась в кубических гранецентровых (ГЦК) и объемноцентрированных кубических (ОЦК) решетках16. В прокатанном сплаве Mg–8,2Gd–3,8Y–1,0Zn–0,4Zr (мас. %) прочность увеличилась примерно на 200 %, а истинная деформация до разрушения также увеличилась на 110 %, когда он содержит как субмикронные зерна, так и наноразмерный осадок. фаза 17,18. Недавно были также разработаны две вторые фазы или вторые фазы многократного упрочнения для сплавов Mg с высокими свойствами. Для некоторых сплавов Mg–RE–Zn (РЗЭ, редкоземельные элементы) микроструктура состоит из α-Mg + пластинчатой ​​фазы LPSO + β'-фазы. Аналогично прокатанному и состаренному сплаву Mg–8,2Gd–3,8Y–1,0Zn–0,4Zr (мас. %) предел прочности составляет около 450 МПа с умеренным удлинением до разрушения 10 %17. А экструдированный сплав Mg–10,3Zn–6,4Y–0,4Zr–0,5Ca (мас. %) демонстрирует прочность более 400 МПа и удлинение 4 % при условии содержания наноразмерных частиц W-фазы и β2-фазы18. 19. Однако из-за легкого разделения легирующих элементов во время затвердевания тип второй фазы по-прежнему трудно контролировать в обычном процессе приготовления магниевого сплава. Для этих упрочняющих интерметаллических фаз Mg-RE контроль их структуры и распределения был относительно длительным процессом (термическая обработка в твердом растворе, а затем обработка старением). В последнее время оптимизация микроструктуры широко изучается на основе метода быстрой затвердевания (РС), особенно для низкотемпературного спекания и формовки с интенсивной пластической деформацией (ИПД). Херардо Гарсес и др. для получения высокопрочного сплава Mg98,5Y1Zn0,5, содержащего фазу LPSO20, был принят метод равноканального углового прессования (РКУП), показавший значительный упрочняющий эффект, предел текучести которого составил 300–364 МПа, а удлинение 3–16%. Кроме того, Дарья Дрозденко и др. консолидировали ленту RS Mg-Y-Zn методом горячей экструзии21, и ее предел текучести составил 362, а удлинение 18,2%, высокие механические свойства были обусловлены главным образом мелкими зернами с бимодальной микроструктурой и LPSO. фаза.