外文翻译--Nd和Y对ZK60合金微观结构和力学性能的影响 中文版

Nd 和 Y 对 ZK60 合金微观结构和力学性能的影响 H.T.周 ， Z.D.张 ， C.M.刘 ， Q.W.王 中国 中南大学 材料科学与工程学院，长沙 410083 中国 上海交通大学 材料科学与工程学院，上海 200030 2005 年 7 月 26 日收到， 2006 年 3 月 29日在经修订的形式收到， 2006 年 4月 12 日接受 。 摘要 neodium（钕）和钇（ Y）对 ZK60 合金微观组织和拉伸性能的影响进行了研究。实验结果表明， neodium（钕）和钇的添加产生了另外一个新的 Mg41Nd5 和Mg3Zn6Y（ I） 析出和细化铸态 晶粒，通过热挤压后，添加了 Nd和 Nd 与 Y的合金通过动态再结晶大大细化颗粒或达到了沉淀效果的手段， 因此 ，含有 Nd和 Y的合金获得了 4-8 um 的非常细小颗粒，然而，钕合金的晶粒尺寸相对比较大。这表明， Nd 和 Y 的添加组合对在动态再结晶晶粒细化的影响较大， 并导致双方的共晶相的熔融温度和熔融温度或合金的屈服强度增加，也增加了 Nd 和 Y 合金在室温下的拉伸强度。与此相反， ZK60 和添有 Nd（ 钕）的合金的伸长率比 Nd和 Y 合金还高。 关键词 :ZK60 合金 ；Neodium；钇 ；挤压型材 ；拉伸性能 ； 1.介绍 镁合金是最 轻的合金结构，因此他们很可能适用于汽车和航空业的许多结构件，由于高比强度，高比刚度和良好的阻尼性能 1,2，然而，最新的镁合金由于某些不良性质的作用，无法满足一般结构的强度要求，因此，镁合金结构件的应用仍然十分有限。为了克服这些挫折和拓宽镁合金的应用领域，研究人员正在尝试任何类型的方法，它已经证明，通过添加晶粒细化稀土金属（ RE）和热加工 3,4，镁合金的力学性能显著提高。众所周知，在室温和高温下 5所有镁合金的力学性能都很高，但是， ZK60 合金的力学性能最高。然而，相对铝合金而言，它在室温和高温下的 强度仍然是比较低的。从这个角度来看，许多研究人员致力于努力改善其力学性能。最近据报道，挤压稀土镁合金具有优良的力学性能 6,7。例如， Ma 等人研究了挤压稀土 ZK60 合金并建议可以提高热挤压挤压变形 ZK60 - RE8的拉伸性能。 Singh 和 Tsai 9 和 Zhang 等人10研究了 Y对 ZK60 合金显微组织和力学性能的影响。他们指出 Y 增强了屈服强度和高温强度摩擦，通过形成新相 (W Mg3ZnY2) 和 (I Mg3Zn6Y)，它具有较高的抗寒性，热稳定性，耐腐蚀性强，低系数的新阶段，低界面能 等 11,12。随后，这些新的阶段，可以有效地阻碍位错滑移时热变形，虽然 ZK60 合金的力学性能可以由 Y 的加入提高，预期性能是无法估计的，因此，在这项研究中，我们首次发表这篇文章研究 neodium（钕） 和钕与 Y的组合对 ZK60 合金微观结构和拉伸性能的影响。此外，通过拉伸性能与微观结构的关系研究了热挤压合金。 表 1 化学组成成分（ wt） 2.实验程序 合金的化学成分见表 1。该合金炉下编写了一个混合的 SF6 气体环境（ 1 vol.）和二氧化碳（ BAL）的保护。当熔化的合金达到 780C，它是沸腾为大约 300 秒后打呼噜，熔融合金为 15 分钟进行，让夹杂物沉淀在坩埚底部，接着，金属被倒进一个中型炉。在 680C 时，将熔化的金属倒入为 90 毫米大小的锭中，该锭放入温度为 420C18 小时，之后，在 390C将他们挤压成棒 20毫米长， 挤压比为 20:1。从这些挤压棒中加工成直径为 5 毫米和 66毫米长度的拉伸试样，该拉伸试件尺寸为 10 毫米宽， 66 毫米长。该组织的标本使用轻型显微镜（ OM， LEICA MEF4M）进行分析，相位分析是由一个 D / MAS 的 IIIA 部 X射线衍射仪（ XRD）分析方法进行，所有这些标本是 蚀刻有 4硝酸酒精溶液中。 3.结果 3.1.微观结构铸合金 ZK60 组织图 图 1分别显示了显微组织铸态 A， B 和 C合金。从图 1a中可以看出， A（ ZK60）合金是初级 (Mg)组成的矩阵和共晶 （ Mg2Zn3）相，作为网络的 相位不连续颗粒为主晶界，当有添加钕的命名为 B 合金，多个第二阶段析出，如图所示 1b,与此同时，钕、 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现，而这些化合物的大小比 A和 B合金还小，如图 1c,因此，不同的晶粒尺寸 A， B 和 C 合金分别按顺序为 90， 60 和 40 毫米，因此，可以得出结论， Nd和 Y 对 ZK60 合金细化具有效果。这与 Luo13的结果不变。 图 2显示了扫描电镜对 B 和 C 合金的微观结构图像。结果发现，有一些化合物在三重晶界看到了图簇，如图 2a。 EDAX 分析表明，其化学 成分配方。这是符合 X射线衍射如图 3，当 Nd 和 Y 加入到 ZK60 合金中，更多原子簇化合物一起出现在三重晶界，其中有一些平行的板条。他们使用 X射线衍射 C合金，可以看出存在 Mg41Nd5相位和 I相 (Mg3Zn6Y),进一步确认 C合金具有 I相 (Mg3Zn6Y, 准晶结构 ),除了 Mg41Nd5 之外。原子簇化合物的形成可以归因于对 Nd 和 Y 14总数量的增加，然而， W 相（ Mg3Zn3Y2）和 Z 相（ Mg12ZnY）不能通过 X 射线衍射和能谱分析实验发现，显然，在合金 C中，钇的添加除了带来对 I 相的形成外，并超过了 W 相（ Mg3Zn3Y2）和 Z相（ Mg12ZnY）的形成。 图 4显示了 B和 C 合金中 Nd和 Y 分布图，发现 Nd 和 Y 都在晶界和基体存在。但是，在某些领域， ND 或 Y 含量非常高，正如如图 4a 和 c，它表明第二相很可能含有更多的钕或钇比基体。这可能是用来解释现象，一定量的第二相存在于合金带 B和 C，这进一步符合与 X 射线衍射结果一致。 图 5显示了 DTA 分析合金 B和 C的结果，第一吸热峰出现在了合金 B 温度约 463.3C 和合金 C温度为 485.7C，而第二个峰值出现在 617.5 用于合金 B和615C合金 C，第一峰可以被认为是共晶相的熔融温度，第二个峰可以作为合金（合金溶液温度）熔化温度。我们可以得出这样的结论 Nd和 Y的添加组合大大增加了 ZK60 合金共晶温度，这与 钇 的添加相同，大大增加了 Mg - Zn 二元合金（ 340C） 10,15的共晶温度。对本实验 DTA 结果进一步分析表明， Nd 和 Y 总含量的增加会同时增加镁锌锆（ Mg-Zn-Zr） 合金的共晶温度。 3.2。微观结构演化的热挤压合金 图 6显示了在 390时光学微合金 A， B 和 C被挤压的三结果，研究发现三种合金发生动态再结晶（再结晶）。然而，晶粒尺寸和第二阶段的数量分布是不同的，在热挤压合金 A 如图 6a 所示中，没有第二相位矩阵。动态再结晶晶粒尺寸比合金 B 和 C 的大，甚至在此温度下，似乎一个小的晶粒也在生长，在合金B和 C中，再结晶晶粒尺寸很小，和 DRX 也相同。关于矩阵的详情，可在第二阶段的一些特点中发现。合金的 C 晶粒尺寸是三者中最小的合金，这表明，钕和 Y 组合过程中除了扮演一个重要作用动态再结晶过程外，另一方面，平均规模约 4微米的动态再结晶晶粒合金 C 是非常细而均匀的。这可能涉及到的事实，都打破了第二相粒子和细小析出的钉扎作用可以抑制再结晶晶粒的生长，它可以得出结论，即使在 ZK60 合金温度下，通过动态再结晶晶粒细化是非常有效的。 3.3。挤压合金的力学性能 图 7显示了三个挤压合金在 390C下的力学性能， 数据显示 ，能够提高合金A， B 和 C 的抗拉强度和屈服强度，而其中的延性降低（ A合金： 0.2= 270.2 MPa时，抗拉强度 = 320.5 MPa 时， = 12 ；B合金： 0.2 = 316.2 MPa 时， b = 373.2 MPa 时， = 8 ； C 合金： 0.2 = 376.2 MPa 时， b = 389.0 MPa时， = 6）。显然，在 0.2的强烈压力证明下晶粒尺寸在很大程度上依赖于镁合金 16和服从 Hall-Petch关系为 ，其中 y为屈服应力， 0作用摩擦应力与移动单个位错， K是常数， d是晶粒尺寸。因此，这可以解释为什么合金 B和 C的拉伸性能比 A（ ZK60 组织）合金高。此外，合金 B 和 C的极限抗拉 强度和屈服强度增加可能会涉及到第二阶段的加强。 4.讨论 合金 A， B 和 C 都在铸态和挤压态下有不同的微观结构。随后，它带来不同的拉伸性能，首先，在铸态，合金 A由 Mg 和（ Mg2Zn3）相组成，当将 Nd 加入到合金 A中，和 Nd 与 Y一起加入合金 A 中会形成合金 C，除了（ Mg2Zn3）相外，在合金 B中新相 Mg41 Nd5 出现，和 Mg41 Nd5 与 Mg3 Zn6 在合金 C 中出现 ，这是 X 射线衍射和扫描电镜确定的。在凝固过程中，首先应该发生包晶反应，由于分布不均衡的锌和再溶质原子被推到了沿晶界形成的液 /固界面前面，在晶粒内部只有锆富区（ Zr-rich） 存在，这验证了图 1 至图 4，我们得出这样的结论：在镁合金中存在 Nd 和 Y元素的晶粒细化作用。通过实验观察这是一个好结论17,18，其次，在挤压 状态下，在合金 B 中 Mg41Nd5，和在合金 C 中Mg41Nd5+Mg3Zn6Y 都破碎成小颗粒，在热挤压作用下，许多细小颗粒均匀分布在整个矩阵中，这些具有较高的熔点温度稳定的第二阶段可以针晶界，阻碍热变形过程中晶粒生长，尤其是 I相。由于低界面能的 I 相 /矩阵接口，在 I 相 /界面结合较强 12，因此， I 相析出相对难以在热变形移动。第三， 应变集中在附近的第二阶段可以引进高位错密度区和大的方向梯度（粒子变形区） 可以测试到附近的位错密度高，这些网格是再结晶晶粒形核的理想选择。据了解，一个粒子变形区可以扩展到一个连一个的粒 子直径其外表面的距离，并可由几十度转向其外邻接矩阵。 在这些变形带中，二次粒子可以激发再结晶晶粒的形核 19,20，因此，再结晶成核可以通过促进在 ZK60 合金形成的第二相中增加 Nd和 Y，此外，第二相可以在再结晶过程中阻碍 20 形核增长，因此，合金 C表现了非常细小的颗粒。 这是由于分散微粒粒径比合金 A 和 B 细得多 ，因此， 合金 B 和 C 的强度要高得多 ，这表明第二相中，除了晶粒细化作用外，对 Mg Zn Zr 合金 的强度具有强化效果，特别是当第一相表现出加强效果明显时 10，根据著名的 Hall-Petch 关系，屈 服强度的晶粒尺寸取决于如下 16： 其中 0.2 是由于晶粒细化增加屈服压力， K 是常数， d 是晶粒尺寸，因此，晶粒细化在再结晶过程中对合金 B 和 C 的影响比 ZK60 合金更高。 5.综述 这篇文章是研究 Mg 6Zn 0.5Zr 2Nd ， Mg 6Zn 0.5Zr 2Nd 1.5Y和 ZK60 合金的挤压变形及其力学性能。 neodium（钕）和钇的添加产生了一个新的 Mg41Nd5 和 Mg3Zn6Y（ I） 析出和细化铸态晶粒，通过热挤压后，添加了Nd和 Nd 与 Y的合金通过动态再结晶大大细化颗粒或达到了沉淀效果的手段。这表明， Nd 和 Y 的添加组合对在动态再结晶晶粒细化的影响较大， 并导致双方的共晶相的熔融温度和熔融温度或合金的屈服强度增加，也增加了 Nd 和 Y 合金在室温下的拉伸强度。与此相反， ZK60 和添有 Nd（ 钕）的合金的伸长率比 Nd和 Y 合金 还高。 参考文献 1 M. Loreth, J. Morton, K. Jacobson, F. Katrak, J. Agarwal, in: S. MacEwan,J.P. Gilardeau (Eds.), Recent Metallurgical Advances in Light Metals, Met.Soc. CIM, Montreal, 1995, p. 11. 2 F.D. Raymond, Adv. Mater. Process 9 (1998) 31. 3 A. Sanschagrin, R. Tremblay, R.R. Angers, Mater. Sci. Eng. A 220 (1996) 69. 4 I.J. Polmear, Mater. Trans. JIM 37 (1996) 12. 5 M.M. Avedesian, H. Baker (Eds.), ASM Specialty Handbook, ASM International, Materials Park, OH, 2000. 6 Y. Li, H. Jones, Mater. Sci. Technol. 12 (1996) 81. 7 Y. Lu, Q. Wang, W. Ding, Mater. Sci. Eng. A 278 (2000) 66. 8 C. Ma, M. Liu, W. Ding, Mater. Sci. Eng. A 349 (2003) 207. 9 A. Singh, A.P. Tsai, Scripta Mater. 49 (2003) 143. 10 Y. Zhang, X.Q. Zeng, L.F. Liu, C. Lu, H.T. Zhou, Y.P. Zhu, Mater. Sci. Eng. A 373 (2005) 320. 11 F.S. Pierce, S.J. Poon, Q. Guo, Science 261 (1993) 737. 12 J.M. Dubois, P. Plaindoux, E. Berlin-Ferre, N. Tamura, D.J. Sordelet, Proceedings of the Sixth Intern