镁合金长周期有序堆垛结构及其对力学性能影响的研究

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	镁合金长周期有序堆垛结构及其对力学性能影响的研究
	邵晓宏
学位类型	博士
导师	马秀良
	2011
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	北京
学位专业	材料物理与化学
关键词	Mg-zn-y 合金力学性能 Lpso 结构孪晶扭折 Mg-zn-y Alloy Mechanical Properties Lpso Structures Deformation Twins Deformation Kinks
摘要	"镁合金具有高比强度、比刚度、良好的导热导电性、抗阻尼减振性、易于加工成形和容易回收等优点，在航空航天和国防军事、电子通信、汽车运输等领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景。本论文主要结合(扫描)透射电子显微术(Scanning-transmission electron microscopy，STEM)、高角环形暗场成像术(High angle annual dark field-HAADF)以及X射线能量色散谱(X-ray energy dispersive spectrum)等表征Mg-Zn-Y合金的长周期有序堆垛(LPSO)微观结构，分析解释该合金具有高强度和良好韧性的微观机制，同时研究了Mg83Ni6Zn5Y6合金退火过程中相的演化及相应的硬度变化。研究结果主要包括以下几点： 1、综合采用多种电子显微术研究了Mg-Zn-Y合金中两种主要的LPSO结构。结果表明：18R-和14H-LPSO结构分别是Mg-Zn-Y合金铸态时以及热处理后的主要LPSO结构，它们沿c方向的堆垛序列分别为ABA(BC)ACAC(AB)CBCB(CA)B和ABA(BC)ACACA(CB)AB，Zn、Y元素主要偏聚在邻近两层密排面，括号所示。两种LPSO结构漫散的特殊衍射花样表明Zn、Y元素在基面上的排列存在一定的短程有序性。而且，18R-和14H-LPSO结构以及Mg片层存在共生结构。 2、通过观察和分析Mg-Zn-Y合金573K，10-3/s变形后微观结构，揭示了该合金具有高强度(190MPa)和良好塑性的微观机理。高强度主要源于LPSO结构通过变形扭折引起的细晶强化以及动态再结晶(Dynamic recrystallization-DRX)软化作用的降低。对塑性的贡献源于以下两方面：一是微裂纹形成于LPSO相与Mg纳米片层交替的组织中，然而它的扩展被限制在扭折带中，一定程度上提高了合金的韧性以及抵抗过早失效的能力；二是由于Mg基体中大量富集Zn、Y元素的层错(SF)，很大程度上抑制变形孪晶萌生，从而减少了裂纹萌生的潜在位置，有利于改善合金的塑性。 3、通过对Mg97Zn1Y2合金在不同温度(373K~673K, 10-3/s)和不同应变速率(10-3/s ~10-1/s, 573K)下的热压缩实验，探讨温度和应变速率对其力学性能的影响，结果表明：温度较应变速率对Mg97Zn1Y2合金力学性能影响更为显著，这主要是由于合金中不同的变形机制对温度的改变比较敏感而决定的。低温(373K和473K)以及高应变速率(10-1/s，10-2/s)时，合金中产生的变形孪晶以及变形孪晶与SF的强烈交互作用，对合金的高强度有很大贡献，然而塑性较差；中等温度较低变形速率(573K，10-3/s)时，合金中LPSO结构的变形扭折为主要的变形方式，一定程度上提高了合金的强度和韧性。高温(673K)变形时，大量再结晶晶粒的产生是合金强度下降的主要原因。然而，LPSO结构以及基体中广泛存在的基面SF有效钉扎位错滑移，提高再结晶温度，保持了合金的高温稳定性。所以LPSO结构和基体中的SF对于合金力学性能的改善非常重要。 4、通过详细地对Mg83Ni6Zn5Y6合金铸态和不同热处理状态的微观结构演化和相应硬度变化的观察和分析，结果表明：铸态Mg83Ni6Zn5Y6合金主要由Mg，14H-LPSO相和四元S＇相构成。S＇相具有金刚石结构，可能的空间群为，晶格常数为a = 0.73 nm。薄片层状的组织使得合金表现出较高的硬度，116.2 ± 13.7。473K和573K退火后，样品中同时析出Mg2Ni板条和纳米尺度的S 相，S＇相发生分解。S相具有FCC结构，可能的空间群为，晶格常数为a = 0.72 nm。这时合金表现出更高的硬度，主要是因为Mg2Ni相和S相的共同析出产生的沉淀强化和共格界面强化。样品经过更高温度(673K和773K)退火后，Mg2Ni相和S＇相逐渐转变为S相，同时14H-LPSO相转变为18R-LPSO相。Mg2Ni相的分解及随之产生的共格界面的消失引起硬度明显下降。"
其他摘要	Magnesium alloys are currently of great interest, as their extraordinary low density, high specific strength, and easy-recycling ability, which are very attractive for further applications in aeronautics, electronics and other consumer goods. In this dissertation, the microstructures of Mg97Zn1Y2 alloy before and after compression were firstly investigated by means of high resolution (scanning) transmission electron microscopy, high-angle annular dark-field imaging, X-ray energy dispersive spectroscopy. Furthermore, the strengthening and toughening mechanisms of Mg97Zn1Y2 alloy were discussed. In addition, the phase evolution and corresponding microhardness of Mg83Ni6Zn5Y6 (at.%) alloy during annealing was also studied. The main results are listed as follows:
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/64294
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	邵晓宏. 镁合金长周期有序堆垛结构及其对力学性能影响的研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所,2011.