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1.绪论 与传统高性能镁稀土合金相比,Mg-Gd-Y系合金具有更优异的拉伸性能、抗疲劳性能和抗蠕变性能,在航空航天、兵器和交通车辆汽车领域具有非常广阔的应用前景,因而受到国内外研究者的广泛关注。高稀土含量的Mg-Gd-Y合金的成本高,致使该系列合金难以在普通工业上广泛应用。而对于Gd、Y含量相对较低、成本相对低廉,并具有优良力学和物理性能的的镁合金在轻质民用装备更受欢迎。 本课题以稀土镁合金Mg-xGd-yY材料为研究对象，通过铸造、固溶、时效等热处理工艺，得到不同微观组织分布的二元、三元稀土镁合金。再通过光学金相显微镜、扫描电子显微镜等表征手段，定量分析材料成分及微观组织。然后通过拉伸、压缩力学实验、显微硬度试验表征Mg-xGd-yY三元合金的机械性能，建立稀土组分以及含量对稀土镁合金的微观组织与机械性能的影响，最终，明确热处理工艺对稀土镁合金的强化作用，建立稀土镁合金的强化理论，形成固定组分的稀土镁合金最优的热处理工艺，为制备高性能稀土镁合金结构材料提供理论支撑。 首先，进行资料查阅，了解镁稀土合金的自身理化性质以及不同热处理工艺对其的影响： 2.退火强化现象对镁稀土合金性能的影响 查询论文得知，Mg-xGd-yY-0.3Zr合金在室温和高温时均具有较高的强度以及抗腐蚀性,但是该系合金在室温时会表现出强烈的各向异性,且容易发生退孪晶现象。退火处理可以提高变形Mg-Gd-Y合金的屈服强度（表1-1），随着Gd、Y元素的加入,热轧态Mg-xGd- 表1-1 退火温度对镁稀土合金屈服强度的影响
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yY-0.3Zr合金的C轴从平行于ND方向向RD、TD方向偏移。Gd、Y元素含量与极图中Max值呈反相关,与弱化织构和消除各向异性的能力呈正相关。
3.固溶处理和时效处理对镁稀土合金性能的影响
以Mg-4wt.%Gd-xY(x=2,3wt.%)合金和Mg-6wt.%Gd-xY(x=2,4wt.%)合金为例，合金在进行固溶处理时,随着固溶时间的增加,Mg-4wt.%Gd-xY(x=2,3wt.%)合金的硬度先迅速果低,然后达到平衡,基本保持不变；而Mg-6wt.%Gd-xY(x=2,4wt.%)合金的硬度先降低后增加再降低。同一合金在175～225℃时效处理时,时效温度温度越低,合金的时效硬化效果越好,但达到峰时效所需时间增加。随着Gd、Y含量的增加,合金中第二相的形状由球状逐渐转变为半连续的网状,第二相含量逐渐增多；合金的硬度明显提高；固溶时合金的硬度变化越显著；合金同一温度下的时效硬化效果越显著。
此外，自然放置对挤压后GW102合金的显微组织及力学性能有很大的影响。自然放置后，合金硬度比挤压态的硬度增加、抗拉强度比挤压态的强度提高。但延伸率有所降低。自然放置一段较长时间后,合金再进行时效,达到峰时效所需时间明显缩短,但合金在时效峰值时的抗拉强度略有降低。
4.稀土含量与挤压工艺对镁稀土合金性能的影响
随着稀土含量的增加,挤压态镁稀土合金获得了均匀细小的动态再结晶组织,基面织构显著弱化,并且晶粒的c轴逐渐向挤压方向偏转,形成了lt;0001gt;∥ED的“稀土织构”;挤压态镁稀土合金的综合力学性能与拉压屈服不对称性均得到明显改善,主要与固溶强化、细晶强化和织构弱化有关。第二相形貌对挤压态GEZ41合金的组织与性能有重要影响。块状LPSO相可以促进动态再结晶并获得弱的基面织构,有利于获得良好的塑性;而层状相会严重抑制动态再结晶并形成强烈的基面织构,有利于提高合金的强度;而引入较为细小弥散的第二相可以获得细小均匀的再结晶组织并弱化基面织构,有利于获得良好的综合力学性能。在此基础上,通过提高挤压比获得了更加均匀细小的再结晶组织,含层状LPSO相挤压成12mm棒材的GEZ41合金表现出最优异的综合力学性能。
5.镁稀土合金析出强化机制
利用HAADF-STEM对不同时效时间的Mg-10Gd样品进行了显微组织的观察,研究了析出相的种类、形貌和尺寸等随时效时间的变化（图1-1、1-2）。镁稀土合金的显微组织在时效过程中的变化同样具有阶段性。在初始欠时效阶段,样品的显微组织经历了“G.P区出现→beta;rsquo;rsquo;相形核→beta;rsquo;rsquo;相诱导beta;rsquo;相形核→beta;rsquo;相长大”的过程。在欠时效阶段,样品的主要显微组织变化为beta;rsquo;相的粗化。在过时效阶段,样品中的主要强化相beta;rsquo;开始了普遍的相变,转化为中间过渡相beta;_F~′和beta;_M。5.利用基于双金属片的原位拉伸变形装置,沿[0001]和[12?10]两个带轴对50小时时效，样品进行了原位拉伸变形研究,不仅观察到析出相阻碍位错运动的现象,同时还观察到位错通过析出相继续滑
移的现象,以及当拉伸方向变化时出现的锥面位错非基面滑移。6.利用HAADF-STEM在Mg-10Gd变形样品的主要强化相beta;rsquo;上发现了普遍存在的未被报道过得变形结构。[0001]和[12?10]两个方向的研究证明,这些变形结构是基面全位错在变形过程中沿基面滑移并切过beta;rsquo;相形成的。这意味着Mg-10Gd合金的析出强化是基于“shearing机制”实现的。根据沿[0001]带轴投影的不同可以将所有变形结构分为五类,分别对应于切过beta;rsquo;相的不同位错,根据变形结构的种类可以判断出变形过程中切过析出相的位错的类型。
6.结论
进行了文献研读之后，根据文献所阐述原理，进行具体的实验操作，了解了拉伸、退火、固溶处理、时效处理等方式对镁稀土合金的具体影响及其原理，因此本课题将进一步通过观察Mg-1Y、Mg-3Y、Mg-5Y等试样的铸态组织、挤压态组织、时效处理组织的微观组织与力学性能进行测试研究，从而得出Y元素含量以及不同热处理工艺对镁稀土合金的性能影响，完成对镁稀土合金理化属性的定性、定量研究，最终形成镁稀土合金的元素配比体系，对镁稀土合金日后的加工使用起到一定的指导作用。
图1-2
不同时间固溶后合金内部第二相占比的量化
图1-1
镁稀土合金在530℃固溶1.5、6、9、24h的XRD图
参考文献
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