定向凝固Mg-Gd-Y-Er合金组织及室温拉伸行为研究

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室温塑性成型能力差是限制镁合金在工程材料领域发展的根本原因之一。定向凝固是在合金凝固过程中采取强制手段,使合金按所要求结晶取向进行凝固生长,获得具有一定晶体取向柱状晶组织的一种技术。而柱状晶组织具有类似双晶体的几何特征,形变时其晶界处的约束条件可由等轴晶的5个减少到3个。晶界约束条件减少的柱状晶组织对室温下仅有2个独立滑移系的HCP结构镁合金晶界应变协调性改善将具有深刻意义。本文采用定向凝固技术,通过调控合金成分与凝固工艺参量(下拉速率)制备了断后延伸率(δ)超过40%的Mg-4.00Gd-0.30Y-0.01Er合金。以该合金作为研究对象,采用OM、SEM、XRD和EBSD等分析手段研究了下拉速率对实验合金柱状晶组织形貌、生长取向等影响,并对实验合金进行室温与高温拉伸实验,探讨晶体生长取向与力学性能相关性。结果表明:随下拉速率增大,实验合金定向凝固组织由胞状树枝晶向柱状树枝晶转变;一次臂间距逐渐减小,由下拉速率为1mm/min的156μm减小到11mm/min的62μm;柱状晶生长择优取向由(1012)晶面转向(1013)晶面,再转为(1120)晶面。实验合金抗拉强度(σb)随下拉速率增大呈上升的趋势,从1mm/min的96MPa增加到11mm/min的140MPa;断后延伸率(δ)呈下降趋势,从3mm/min的42.19%降低到11mm/min的6.32%;变形功(DE)随下拉速率的增大先增大后减小,从1mm/min的 31.77J/m3增加到 5mm/min 的 36.57J/m3,再减小到 11mm/min 的 7.12J/m3;强塑积呈先增大后减小的趋势,最优为5mm/min的4256.76MPa·%。实验合金拉伸变形是以基面滑移为主导、拉伸孪晶与压缩孪晶协调的一种机制。柱状晶生长取向高度一致、基面滑移处于“软取向”且相邻分布的合金塑性较好;基面滑移处于“硬取向”且相间或相邻分布的合金塑性较差。
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