外文翻譯--Nd和Y對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 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 中南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，長沙 410083 中國 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 ZK60 合金微觀組織和拉伸性能的影響進行了研究。實驗結(jié)果表明， neodium（釹）和釔的添加產(chǎn)生了另外一個新的 Mg41Nd5 和Mg3Zn6Y（ I） 析出和細化鑄態(tài) 晶粒，通過熱擠壓后，添加了 Nd和 Nd 與 Y的合金通過動態(tài)再結(jié)晶大大細化顆?；蜻_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 的非常細小顆粒，然而，釹合金的晶粒尺寸相對比較大。這表明， Nd 和 Y 的添加組合對在動態(tài)再結(jié)晶晶粒細化的影響較大， 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度增加，也增加了 Nd 和 Y 合金在室溫下的拉伸強度。與此相反， ZK60 和添有 Nd（ 釹）的合金的伸長率比 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和航空業(yè)的許多結(jié)構(gòu)件，由于高比強度，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，無法滿足一般結(jié)構(gòu)的強度要求，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型的方法，它已經(jīng)證明，通過添加晶粒細化稀土金屬（ 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，相對鋁合金而言，它在室溫和高溫下的 強度仍然是比較低的。從這個角度來看，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 ZK60 合金顯微組織和力學(xué)性能的影響。他們指出 Y 增強了屈服強度和高溫強度摩擦，通過形成新相 (W Mg3ZnY2) 和 (I Mg3Zn6Y)，它具有較高的抗寒性，熱穩(wěn)定性，耐腐蝕性強，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滑移時熱變形，雖然 ZK60 合金的力學(xué)性能可以由 Y 的加入提高，預(yù)期性能是無法估計的，因此，在這項研究中，我們首次發(fā)表這篇文章研究 neodium（釹） 和釹與 Y的組合對 ZK60 合金微觀結(jié)構(gòu)和拉伸性能的影響。此外，通過拉伸性能與微觀結(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.實驗程序 合金的化學(xué)成分見表 1。該合金爐下編寫了一個混合的 SF6 氣體環(huán)境（ 1 vol.）和二氧化碳（ BAL）的保護。當(dāng)熔化的合金達到 780C，它是沸騰為大約 300 秒后打呼嚕，熔融合金為 15 分鐘進行，讓夾雜物沉淀在坩堝底部，接著，金屬被倒進一個中型爐。在 680C 時，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，之后，在 390C將他們擠壓成棒 20毫米長， 擠壓比為 20:1。從這些擠壓棒中加工成直徑為 5 毫米和 66毫米長度的拉伸試樣，該拉伸試件尺寸為 10 毫米寬， 66 毫米長。該組織的標(biāo)本使用輕型顯微鏡（ OM， LEICA MEF4M）進行分析，相位分析是由一個 D / MAS 的 IIIA 部 X射線衍射儀（ XRD）分析方法進行，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 (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，多個第二階段析出，如圖所示 1b,與此同時，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 合金分別按順序為 90， 60 和 40 毫米，因此，可以得出結(jié)論， Nd和 Y 對 ZK60 合金細化具有效果。這與 Luo13的結(jié)果不變。 圖 2顯示了掃描電鏡對 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),進一步確認 C合金具有 I相 (Mg3Zn6Y, 準晶結(jié)構(gòu) ),除了 Mg41Nd5 之外。原子簇化合物的形成可以歸因于對 Nd 和 Y 14總數(shù)量的增加，然而， W 相（ Mg3Zn3Y2）和 Z 相（ Mg12ZnY）不能通過 X 射線衍射和能譜分析實驗發(fā)現(xiàn)，顯然，在合金 C中，釔的添加除了帶來對 I 相的形成外，并超過了 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。這可能是用來解釋現(xiàn)象，一定量的第二相存在于合金帶 B和 C，這進一步符合與 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，第一峰可以被認為是共晶相的熔融溫度，第二個峰可以作為合金（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。對本實驗 DTA 結(jié)果進一步分析表明， Nd 和 Y 總含量的增加會同時增加鎂鋅鋯（ 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，沒有第二相位矩陣。動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸比合金 B 和 C 的大，甚至在此溫度下，似乎一個小的晶粒也在生長，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 組合過程中除了扮演一個重要作用動態(tài)再結(jié)晶過程外，另一方面，平均規(guī)模約 4微米的動態(tài)再結(jié)晶晶粒合金 C 是非常細而均勻的。這可能涉及到的事實，都打破了第二相粒子和細小析出的釘扎作用可以抑制再結(jié)晶晶粒的生長，它可以得出結(jié)論，即使在 ZK60 合金溫度下，通過動態(tài)再結(jié)晶晶粒細化是非常有效的。 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 的抗拉強度和屈服強度，而其中的延性降低（ A合金： 0.2= 270.2 MPa時，抗拉強度 = 320.5 MPa 時， = 12 ；B合金： 0.2 = 316.2 MPa 時， b = 373.2 MPa 時， = 8 ； C 合金： 0.2 = 376.2 MPa 時， b = 389.0 MPa時， = 6）。顯然，在 0.2的強烈壓力證明下晶粒尺寸在很大程度上依賴于鎂合金 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)力與移動單個位錯， 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 強度和屈服強度增加可能會涉及到第二階段的加強。 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元素的晶粒細化作用。通過實驗觀察這是一個好結(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，許多細小顆粒均勻分布在整個矩陣中，這些具有較高的熔點溫度穩(wěn)定的第二階段可以針晶界，阻礙熱變形過程中晶粒生長，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 12，因此， I 相析出相對難以在熱變形移動。第三， 應(yīng)變集中在附近的第二階段可以引進高位錯密度區(qū)和大的方向梯度（粒子變形區(qū)） 可以測試到附近的位錯密度高，這些網(wǎng)格是再結(jié)晶晶粒形核的理想選擇。據(jù)了解，一個粒子變形區(qū)可以擴展到一個連一個的粒 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)晶成核可以通過促進在 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)晶過程中阻礙 20 形核增長，因此，合金 C表現(xiàn)了非常細小的顆粒。 這是由于分散微粒粒徑比合金 A 和 B 細得多 ，因此， 合金 B 和 C 的強度要高得多 ，這表明第二相中，除了晶粒細化作用外，對 Mg Zn Zr 合金 的強度具有強化效果，特別是當(dāng)?shù)谝幌啾憩F(xiàn)出加強效果明顯時 10，根據(jù)著名的 Hall-Petch 關(guān)系，屈 服強度的晶粒尺寸取決于如下 16： 其中 0.2 是由于晶粒細化增加屈服壓力， K 是常數(shù)， d 是晶粒尺寸，因此，晶粒細化在再結(jié)晶過程中對合金 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)生了一個新的 Mg41Nd5 和 Mg3Zn6Y（ I） 析出和細化鑄態(tài)晶粒，通過熱擠壓后，添加了Nd和 Nd 與 Y的合金通過動態(tài)再結(jié)晶大大細化顆?；蜻_到了沉淀效果的手段。這表明， Nd 和 Y 的添加組合對在動態(tài)再結(jié)晶晶粒細化的影響較大， 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度增加，也增加了 Nd 和 Y 合金在室溫下的拉伸強度。與此相反， ZK60 和添有 Nd（ 釹）的合金的伸長率比 Nd和 Y 合金 還高。 參考文獻 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