外文翻譯--Nd和Y對(duì)ZK60合金微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響 中文版

Nd 和 Y 對(duì) ZK60 合金微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響 H.T.周 ， Z.D.張 ， C.M.劉 ， Q.W.王 中國(guó) 中南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083 中國(guó) 上海交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200030 2005 年 7 月 26 日收到， 2006 年 3 月 29日在經(jīng)修訂的形式收到， 2006 年 4月 12 日接受 。 摘要 neodium（釹）和釔（ Y）對(duì) ZK60 合金微觀組織和拉伸性能的影響進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， neodium（釹）和釔的添加產(chǎn)生了另外一個(gè)新的 Mg41Nd5 和Mg3Zn6Y（ I） 析出和細(xì)化鑄態(tài) 晶粒，通過(guò)熱擠壓后，添加了 Nd和 Nd 與 Y的合金通過(guò)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶大大細(xì)化顆粒或達(dá)到了沉淀效果的手段， 因此 ，含有 Nd和 Y的合金獲得了 4-8 um 的非常細(xì)小顆粒，然而，釹合金的晶粒尺寸相對(duì)比較大。這表明， Nd 和 Y 的添加組合對(duì)在動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒細(xì)化的影響較大， 并導(dǎo)致雙方的共晶相的熔融溫度和熔融溫度或合金的屈服強(qiáng)度增加，也增加了 Nd 和 Y 合金在室溫下的拉伸強(qiáng)度。與此相反， ZK60 和添有 Nd（ 釹）的合金的伸長(zhǎng)率比 Nd和 Y 合金還高。 關(guān)鍵詞 :ZK60 合金 ；Neodium；釔 ；擠壓型材 ；拉伸性能 ； 1.介紹 鎂合金是最 輕的合金結(jié)構(gòu)，因此他們很可能適用于汽車(chē)和航空業(yè)的許多結(jié)構(gòu)件，由于高比強(qiáng)度，高比剛度和良好的阻尼性能 1,2，然而，最新的鎂合金由于某些不良性質(zhì)的作用，無(wú)法滿(mǎn)足一般結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求，因此，鎂合金結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用仍然十分有限。為了克服這些挫折和拓寬鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域，研究人員正在嘗試任何類(lèi)型的方法，它已經(jīng)證明，通過(guò)添加晶粒細(xì)化稀土金屬（ RE）和熱加工 3,4，鎂合金的力學(xué)性能顯著提高。眾所周知，在室溫和高溫下 5所有鎂合金的力學(xué)性能都很高，但是， ZK60 合金的力學(xué)性能最高。然而，相對(duì)鋁合金而言，它在室溫和高溫下的 強(qiáng)度仍然是比較低的。從這個(gè)角度來(lái)看，許多研究人員致力于努力改善其力學(xué)性能。最近據(jù)報(bào)道，擠壓稀土鎂合金具有優(yōu)良的力學(xué)性能 6,7。例如， Ma 等人研究了擠壓稀土 ZK60 合金并建議可以提高熱擠壓擠壓變形 ZK60 - RE8的拉伸性能。 Singh 和 Tsai 9 和 Zhang 等人10研究了 Y對(duì) ZK60 合金顯微組織和力學(xué)性能的影響。他們指出 Y 增強(qiáng)了屈服強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度摩擦，通過(guò)形成新相 (W Mg3ZnY2) 和 (I Mg3Zn6Y)，它具有較高的抗寒性，熱穩(wěn)定性，耐腐蝕性強(qiáng)，低系數(shù)的新階段，低界面能 等 11,12。隨后，這些新的階段，可以有效地阻礙位錯(cuò)滑移時(shí)熱變形，雖然 ZK60 合金的力學(xué)性能可以由 Y 的加入提高，預(yù)期性能是無(wú)法估計(jì)的，因此，在這項(xiàng)研究中，我們首次發(fā)表這篇文章研究 neodium（釹） 和釹與 Y的組合對(duì) ZK60 合金微觀結(jié)構(gòu)和拉伸性能的影響。此外，通過(guò)拉伸性能與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系研究了熱擠壓合金。 表 1 化學(xué)組成成分（ wt） 2.實(shí)驗(yàn)程序 合金的化學(xué)成分見(jiàn)表 1。該合金爐下編寫(xiě)了一個(gè)混合的 SF6 氣體環(huán)境（ 1 vol.）和二氧化碳（ BAL）的保護(hù)。當(dāng)熔化的合金達(dá)到 780C，它是沸騰為大約 300 秒后打呼嚕，熔融合金為 15 分鐘進(jìn)行，讓夾雜物沉淀在坩堝底部，接著，金屬被倒進(jìn)一個(gè)中型爐。在 680C 時(shí)，將熔化的金屬倒入為 90 毫米大小的錠中，該錠放入溫度為 420C18 小時(shí)，之后，在 390C將他們擠壓成棒 20毫米長(zhǎng)， 擠壓比為 20:1。從這些擠壓棒中加工成直徑為 5 毫米和 66毫米長(zhǎng)度的拉伸試樣，該拉伸試件尺寸為 10 毫米寬， 66 毫米長(zhǎng)。該組織的標(biāo)本使用輕型顯微鏡（ OM， LEICA MEF4M）進(jìn)行分析，相位分析是由一個(gè) D / MAS 的 IIIA 部 X射線衍射儀（ XRD）分析方法進(jìn)行，所有這些標(biāo)本是 蝕刻有 4硝酸酒精溶液中。 3.結(jié)果 3.1.微觀結(jié)構(gòu)鑄合金 ZK60 組織圖 圖 1分別顯示了顯微組織鑄態(tài) A， B 和 C合金。從圖 1a中可以看出， A（ ZK60）合金是初級(jí) (Mg)組成的矩陣和共晶 （ Mg2Zn3）相，作為網(wǎng)絡(luò)的 相位不連續(xù)顆粒為主晶界，當(dāng)有添加釹的命名為 B 合金，多個(gè)第二階段析出，如圖所示 1b,與此同時(shí)，釹、 Y加入到 ZK60 合金中一起叫做 C 合金，它似乎有更多的化合物出現(xiàn)，而這些化合物的大小比 A和 B合金還小，如圖 1c,因此，不同的晶粒尺寸 A， B 和 C 合金分別按順序?yàn)?90， 60 和 40 毫米，因此，可以得出結(jié)論， Nd和 Y 對(duì) ZK60 合金細(xì)化具有效果。這與 Luo13的結(jié)果不變。 圖 2顯示了掃描電鏡對(duì) B 和 C 合金的微觀結(jié)構(gòu)圖像。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有一些化合物在三重晶界看到了圖簇，如圖 2a。 EDAX 分析表明，其化學(xué) 成分配方。這是符合 X射線衍射如圖 3，當(dāng) Nd 和 Y 加入到 ZK60 合金中，更多原子簇化合物一起出現(xiàn)在三重晶界，其中有一些平行的板條。他們使用 X射線衍射 C合金，可以看出存在 Mg41Nd5相位和 I相 (Mg3Zn6Y),進(jìn)一步確認(rèn) C合金具有 I相 (Mg3Zn6Y, 準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu) ),除了 Mg41Nd5 之外。原子簇化合物的形成可以歸因于對(duì) Nd 和 Y 14總數(shù)量的增加，然而， W 相（ Mg3Zn3Y2）和 Z 相（ Mg12ZnY）不能通過(guò) X 射線衍射和能譜分析實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，顯然，在合金 C中，釔的添加除了帶來(lái)對(duì) I 相的形成外，并超過(guò)了 W 相（ Mg3Zn3Y2）和 Z相（ Mg12ZnY）的形成。 圖 4顯示了 B和 C 合金中 Nd和 Y 分布圖，發(fā)現(xiàn) Nd 和 Y 都在晶界和基體存在。但是，在某些領(lǐng)域， ND 或 Y 含量非常高，正如如圖 4a 和 c，它表明第二相很可能含有更多的釹或釔比基體。這可能是用來(lái)解釋現(xiàn)象，一定量的第二相存在于合金帶 B和 C，這進(jìn)一步符合與 X 射線衍射結(jié)果一致。 圖 5顯示了 DTA 分析合金 B和 C的結(jié)果，第一吸熱峰出現(xiàn)在了合金 B 溫度約 463.3C 和合金 C溫度為 485.7C，而第二個(gè)峰值出現(xiàn)在 617.5 用于合金 B和615C合金 C，第一峰可以被認(rèn)為是共晶相的熔融溫度，第二個(gè)峰可以作為合金（合金溶液溫度）熔化溫度。我們可以得出這樣的結(jié)論 Nd和 Y的添加組合大大增加了 ZK60 合金共晶溫度，這與 釔 的添加相同，大大增加了 Mg - Zn 二元合金（ 340C） 10,15的共晶溫度。對(duì)本實(shí)驗(yàn) DTA 結(jié)果進(jìn)一步分析表明， Nd 和 Y 總含量的增加會(huì)同時(shí)增加鎂鋅鋯（ Mg-Zn-Zr） 合金的共晶溫度。 3.2。微觀結(jié)構(gòu)演化的熱擠壓合金 圖 6顯示了在 390時(shí)光學(xué)微合金 A， B 和 C被擠壓的三結(jié)果，研究發(fā)現(xiàn)三種合金發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶（再結(jié)晶）。然而，晶粒尺寸和第二階段的數(shù)量分布是不同的，在熱擠壓合金 A 如圖 6a 所示中，沒(méi)有第二相位矩陣。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸比合金 B 和 C 的大，甚至在此溫度下，似乎一個(gè)小的晶粒也在生長(zhǎng)，在合金B(yǎng)和 C中，再結(jié)晶晶粒尺寸很小，和 DRX 也相同。關(guān)于矩陣的詳情，可在第二階段的一些特點(diǎn)中發(fā)現(xiàn)。合金的 C 晶粒尺寸是三者中最小的合金，這表明，釹和 Y 組合過(guò)程中除了扮演一個(gè)重要作用動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程外，另一方面，平均規(guī)模約 4微米的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒合金 C 是非常細(xì)而均勻的。這可能涉及到的事實(shí)，都打破了第二相粒子和細(xì)小析出的釘扎作用可以抑制再結(jié)晶晶粒的生長(zhǎng)，它可以得出結(jié)論，即使在 ZK60 合金溫度下，通過(guò)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒細(xì)化是非常有效的。 3.3。擠壓合金的力學(xué)性能 圖 7顯示了三個(gè)擠壓合金在 390C下的力學(xué)性能， 數(shù)據(jù)顯示 ，能夠提高合金A， B 和 C 的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，而其中的延性降低（ A合金： 0.2= 270.2 MPa時(shí)，抗拉強(qiáng)度 = 320.5 MPa 時(shí)， = 12 ；B合金： 0.2 = 316.2 MPa 時(shí)， b = 373.2 MPa 時(shí)， = 8 ； C 合金： 0.2 = 376.2 MPa 時(shí)， b = 389.0 MPa時(shí)， = 6）。顯然，在 0.2的強(qiáng)烈壓力證明下晶粒尺寸在很大程度上依賴(lài)于鎂合金 16和服從 Hall-Petch關(guān)系為 ，其中 y為屈服應(yīng)力， 0作用摩擦應(yīng)力與移動(dòng)單個(gè)位錯(cuò)， K是常數(shù)， d是晶粒尺寸。因此，這可以解釋為什么合金 B和 C的拉伸性能比 A（ ZK60 組織）合金高。此外，合金 B 和 C的極限抗拉 強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度增加可能會(huì)涉及到第二階段的加強(qiáng)。 4.討論 合金 A， B 和 C 都在鑄態(tài)和擠壓態(tài)下有不同的微觀結(jié)構(gòu)。隨后，它帶來(lái)不同的拉伸性能，首先，在鑄態(tài)，合金 A由 Mg 和（ Mg2Zn3）相組成，當(dāng)將 Nd 加入到合金 A中，和 Nd 與 Y一起加入合金 A 中會(huì)形成合金 C，除了（ Mg2Zn3）相外，在合金 B中新相 Mg41 Nd5 出現(xiàn)，和 Mg41 Nd5 與 Mg3 Zn6 在合金 C 中出現(xiàn) ，這是 X 射線衍射和掃描電鏡確定的。在凝固過(guò)程中，首先應(yīng)該發(fā)生包晶反應(yīng)，由于分布不均衡的鋅和再溶質(zhì)原子被推到了沿晶界形成的液 /固界面前面，在晶粒內(nèi)部只有鋯富區(qū)（ Zr-rich） 存在，這驗(yàn)證了圖 1 至圖 4，我們得出這樣的結(jié)論：在鎂合金中存在 Nd 和 Y元素的晶粒細(xì)化作用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察這是一個(gè)好結(jié)論17,18，其次，在擠壓 狀態(tài)下，在合金 B 中 Mg41Nd5，和在合金 C 中Mg41Nd5+Mg3Zn6Y 都破碎成小顆粒，在熱擠壓作用下，許多細(xì)小顆粒均勻分布在整個(gè)矩陣中，這些具有較高的熔點(diǎn)溫度穩(wěn)定的第二階段可以針晶界，阻礙熱變形過(guò)程中晶粒生長(zhǎng)，尤其是 I相。由于低界面能的 I 相 /矩陣接口，在 I 相 /界面結(jié)合較強(qiáng) 12，因此， I 相析出相對(duì)難以在熱變形移動(dòng)。第三， 應(yīng)變集中在附近的第二階段可以引進(jìn)高位錯(cuò)密度區(qū)和大的方向梯度（粒子變形區(qū)） 可以測(cè)試到附近的位錯(cuò)密度高，這些網(wǎng)格是再結(jié)晶晶粒形核的理想選擇。據(jù)了解，一個(gè)粒子變形區(qū)可以擴(kuò)展到一個(gè)連一個(gè)的粒 子直徑其外表面的距離，并可由幾十度轉(zhuǎn)向其外鄰接矩陣。 在這些變形帶中，二次粒子可以激發(fā)再結(jié)晶晶粒的形核 19,20，因此，再結(jié)晶成核可以通過(guò)促進(jìn)在 ZK60 合金形成的第二相中增加 Nd和 Y，此外，第二相可以在再結(jié)晶過(guò)程中阻礙 20 形核增長(zhǎng)，因此，合金 C表現(xiàn)了非常細(xì)小的顆粒。 這是由于分散微粒粒徑比合金 A 和 B 細(xì)得多 ，因此， 合金 B 和 C 的強(qiáng)度要高得多 ，這表明第二相中，除了晶粒細(xì)化作用外，對(duì) Mg Zn Zr 合金 的強(qiáng)度具有強(qiáng)化效果，特別是當(dāng)?shù)谝幌啾憩F(xiàn)出加強(qiáng)效果明顯時(shí) 10，根據(jù)著名的 Hall-Petch 關(guān)系，屈 服強(qiáng)度的晶粒尺寸取決于如下 16： 其中 0.2 是由于晶粒細(xì)化增加屈服壓力， K 是常數(shù)， d 是晶粒尺寸，因此，晶粒細(xì)化在再結(jié)晶過(guò)程中對(duì)合金 B 和 C 的影響比 ZK60 合金更高。 5.綜述 這篇文章是研究 Mg 6Zn 0.5Zr 2Nd ， Mg 6Zn 0.5Zr 2Nd 1.5Y和 ZK60 合金的擠壓變形及其力學(xué)性能。 neodium（釹）和釔的添加產(chǎn)生了一個(gè)新的 Mg41Nd5 和 Mg3Zn6Y（ I） 析出和細(xì)化鑄態(tài)晶粒，通過(guò)熱擠壓后，添加了Nd和 Nd 與 Y的合金通過(guò)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶大大細(xì)化顆?；蜻_(dá)到了沉淀效果的手段。這表明， Nd 和 Y 的添加組合對(duì)在動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒細(xì)化的影響較大， 并導(dǎo)致雙方的共晶相的熔融溫度和熔融溫度或合金的屈服強(qiáng)度增加，也增加了 Nd 和 Y 合金在室溫下的拉伸強(qiáng)度。與此相反， ZK60 和添有 Nd（ 釹）的合金的伸長(zhǎng)率比 Nd和 Y 合金 還高。 參考文獻(xiàn) 1 M. 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