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行業(yè)資訊
引起國(guó)內(nèi)外越來越多的重視,Nd元素可顯著花紋鋁板增強(qiáng)析出強(qiáng)化效果 Mg-Nd-Sm-Zn-Zr花紋鋁板微觀組織演變及力學(xué)性能研究 鎂稀土花紋鋁板因其比強(qiáng)度高、耐腐蝕性能和生物相容性優(yōu)良.但現(xiàn)有的高強(qiáng)鎂稀土花紋鋁板大都采用價(jià)格昂貴的重稀土元素作為主要強(qiáng)化元素,大大提高了這類花紋鋁板的成本。為拓展鎂稀土花紋鋁板應(yīng)用領(lǐng)域,急需開發(fā)一種低成本高性能的鎂稀土花紋鋁板。本文提出采用價(jià)格較低的輕稀土元素Nd和Sm聯(lián)合強(qiáng)化鎂花紋鋁板的新思路,同時(shí)配合少量的Zn和Zr元素進(jìn)一步改善組織。目前,基于混合輕稀土的鎂花紋鋁板研究尚處于起步階段,Mg-Nd-Sm-Zn-Zr花紋鋁板的微觀組織及力學(xué)性能尚不清楚。因此,本文系統(tǒng)開展了Mg-Nd-Sm-Zn-Zr花紋鋁板成分優(yōu)化,深入研究了花紋鋁板在固溶和時(shí)效過程組織演變,考察了正向擠壓聯(lián)合等通道轉(zhuǎn)角擠壓及其隨后時(shí)效處理對(duì)花紋鋁板組織和力學(xué)性能影響。為優(yōu)化Mg-Nd-Sm-Zn-Zr花紋鋁板成分,依據(jù)本課題組前期大量的相關(guān)研究工作,已確定的SmZnZr元素的最佳含量的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)研究了稀土元素Nd對(duì)Mg-xNd-2.0Sm-0.4Zn-0.4Zr0≤x≤2.5花紋鋁板鑄態(tài)、固溶態(tài)和時(shí)效態(tài)的組織和性能的影響,揭示了花紋鋁板的斷裂機(jī)制。結(jié)果表明:鑄態(tài)花紋鋁板主要由α-Mg晶粒和共晶β相組成,β相主要呈網(wǎng)狀分布在晶界附近。鑄態(tài)花紋鋁板經(jīng)固溶處理后,β相溶解于α-Mg基體中,形成過飽和固溶體,經(jīng)隨后的時(shí)效處理,α-Mg基體中形成大量的GP區(qū)、β′相和β1相,片狀β′相和β1相的慣析面主要為棱柱面。
Nd元素可顯著增強(qiáng)析出強(qiáng)化效果,Nd元素含量為2.0wt.%時(shí),時(shí)效態(tài)花紋鋁板可獲得較高的強(qiáng)度,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為154MPa和261MPa,延伸率為5.8%鑄態(tài)花紋鋁板經(jīng)固溶處理和時(shí)效處理后的拉伸斷裂行為由沿晶斷裂向穿晶斷裂轉(zhuǎn)變。花紋鋁板成分優(yōu)化的基礎(chǔ)上,通過調(diào)控固溶溫度和時(shí)間,考察了固溶溫度和時(shí)間對(duì)Mg-2.0Nd-2.0Sm-0.4Zn-0.4Zr花紋鋁板組織和性能的影響。結(jié)果表明:隨著固溶溫度的增加和固溶時(shí)間的延長(zhǎng),花紋鋁板的晶粒尺寸逐漸增大,β相逐漸減少,強(qiáng)度先升高后降低,當(dāng)固溶溫度高于515℃且固溶時(shí)間超過8h,β相基本分解。確定了花紋鋁板的最佳固溶處理工藝為515℃×8h基于優(yōu)化的固溶處理工藝,進(jìn)一步研究了時(shí)效溫度和時(shí)間對(duì)Mg-2.0Nd-2.0Sm-0.4Zn-0.4Zr花紋鋁板組織和性能的影響。結(jié)果表明:隨著時(shí)效溫度的逐漸增加,β′相和β1相的尺寸逐漸增大,當(dāng)時(shí)效溫度過高,析出物的密度明顯降低。合金管的強(qiáng)度隨時(shí)效溫度的升高,先升高后降低,延伸率與強(qiáng)度的變化相反。隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng),花紋鋁板依次經(jīng)歷初始欠時(shí)效、半峰時(shí)效、峰時(shí)效和過時(shí)效階段。欠時(shí)效階段隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)β′相和β1相的尺寸和密度逐漸增大,峰時(shí)效階段β′相和β1相的密度最高,過時(shí)效階段β1相顯著粗化且密度降低。首次發(fā)現(xiàn)時(shí)效態(tài)花紋鋁板中存在基于納米粒子和粗大片狀β1相的棋盤形雙相共構(gòu)析出物。花紋鋁板經(jīng)190℃×18h時(shí)效處理后可獲得較高的強(qiáng)度,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為152MPa和266MPa,延伸率為6.1%為縮短Mg-Nd-Sm-Zn-Zr花紋鋁板的時(shí)效處理時(shí)間,時(shí)效前對(duì)固溶態(tài)花紋鋁板進(jìn)行冷壓縮預(yù)變形處理。結(jié)果表明:花紋鋁板的硬度達(dá)到峰值所需時(shí)效時(shí)間僅為10h,時(shí)效時(shí)間縮短近一半,且硬度峰值更高。發(fā)現(xiàn)預(yù)變形花紋鋁板存在新型基面析出物βB′相,基于基面析出的βB′相及棱柱面析出的β′相所共同形成的封閉結(jié)構(gòu),可顯著增強(qiáng)時(shí)效強(qiáng)化效應(yīng)。利用HA A DF-STEM等分析測(cè)試技術(shù),確定Mg-Nd-Sm-Zn-Zr花紋鋁板的時(shí)效序列為:SSSSGP區(qū)→β′相→β1相→β相,析出物主要以與基體結(jié)構(gòu)相似度逐步降低的順序析出,析出物與基體的共格關(guān)系和位向關(guān)系隨析出物的轉(zhuǎn)變逐漸減弱。采用正向擠壓聯(lián)合等通道轉(zhuǎn)角擠壓技術(shù)制備了高性能Mg-Nd-Sm-Zn-Zr花紋鋁板。結(jié)果表明:隨著Nd元素含量的增加,擠壓態(tài)花紋鋁板的晶粒尺寸逐漸減小,強(qiáng)度逐漸提高,延伸率逐漸降低。擠壓態(tài)花紋鋁板經(jīng)190℃×18h時(shí)效處理后,析出了大量的析出物,且隨著Nd元素含量的增加,析出物數(shù)量逐漸增加,強(qiáng)度逐漸升高,塑性逐漸降低。Nd元素含量達(dá)到2.0wt.%時(shí)強(qiáng)度較高,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為187MPa和315MPa,延伸率為8.5%綜上,本文設(shè)計(jì)并制備了低成本高性能Mg-Nd-Sm-Zn-Zr花紋鋁板,系統(tǒng)研究了花紋鋁板的組織演變和力學(xué)性能。開發(fā)的鑄態(tài)和固溶態(tài)花紋鋁板具有中等強(qiáng)度和塑性,可廣泛應(yīng)用于汽車、3C等領(lǐng)域;經(jīng)時(shí)效處理的花紋鋁板具有較高的強(qiáng)度,航空等輕量化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景;采用正向擠壓聯(lián)合等通道轉(zhuǎn)角擠壓技術(shù)制備的高強(qiáng)度、高塑性的花紋鋁板,醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大。因此,該研究為擴(kuò)大鎂稀土花紋鋁板的應(yīng)用,提供學(xué)術(shù)理論依據(jù),具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
