热挤压微合金化Mg-Zn-Y合金及其复合材料显微组织与力学性能研究

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本文设计了不同Zn含量的微合金化Mg-x Zn-0.1Y(x=0.6、1.3、2.0 wt.%)合金,选用力学性能最优的Mg-2.0Zn-0.1Y(wt.%),进一步添加微量(0.3 wt.%)的不同形貌的Si C增强体(Si C纳米线,Si C纳米颗粒,Si C亚微米颗粒),制备Si C/Mg-Zn-Y复合材料。研究热变形工艺、Zn含量、Si C增强体形貌对Mg-Zn-Y合金及其复合材料的显微组织与力学性能的影响。研究表明,随Zn元素含量增加至2 wt.%,铸态Mg-Zn-Y合金晶粒细化,第二相数量增加,形貌由点状转变为短棒状。进一步添加Si C增强体后,促进异质形核与成分过冷,组织中第二相数量明显增加。铸态Mg-Zn-Y合金的屈服强度(YS)、抗拉强度(UTS)、延伸率(EL)明显提高,主要由晶粒细化导致;添加Si C增强体后,复合材料的硬度与屈服强度明显高于合金,尤其是纳米尺寸增强体提升效果最为显著。经过热挤压后,Mg-Zn-Y合金发生动态再结晶与动态析出,晶粒显著细化,析出MgZn2纳米相。随挤压温度与速度增加,再结晶程度趋于完全,再结晶晶粒与析出相的尺寸增大,挤压形成的(101?0)?112?0?纤维织构明显弱化,YS、UTS下降,EL大幅提高。对比140℃-0.1 mm/s条件下挤压的不同Zn含量的Mg-Zn-Y合金,微量的Zn元素促进动态再结晶与动态析出,同时提高强度与延伸率。Mg-2.0Zn-0.1Y合金的力学性能最佳,YS、UTS、EL分别为406.4 MPa、424.53 MPa、12.2%,强化机制以细晶强化、位错强化为主。热挤压细化SiC/Mg-Zn-Y复合材料晶粒,动态析出MgZn2相。Si C纳米线(Si Cnw)的加入明显促进再结晶并且限制再结晶晶粒长大,极大程度弱化纤维织构,同时引入热错配强化与载荷传递强化等机制,进一步提升力学性能。随挤压温度和速度的增加,复合材料再结晶晶粒和析出相的尺寸与体积分数增加,织构强度进一步弱化,YS、UTS降低,EL提升。在140℃-0.1 mm/s挤压的复合材料,由于一维Si Cnw与基体界面结合良好,并且沿晶界弯扭分布,对再结晶晶粒限制长大作用最明显,再结晶晶粒尺寸仅为0.374?m,添加零维Si C纳米颗粒(Si Cnp)的复合材料晶粒尺寸为0.494?m,同质量分数的三维Si C亚微米颗粒(Si Cp)由于颗粒体积最大,数量最少,对晶粒限制效果最弱。Si Cnw/Mg-Zn-Y复合材料在140℃-0.1 mm/s时挤压强度最高,YS、UTS分别为495.53MPa与509.43 MPa。
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