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镁合金较低的力学性能和腐蚀性能严重限制了其广泛应用。本文以Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金为研究对象,尝试通过改善Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金的均匀化处理工艺、挤压变形工艺、时效热处理工艺,来提高该镁合金的力学性能和腐蚀性能。采用光学显微镜(OM),硬度测试,拉伸实验,X射线衍射分析(XRD),带能谱分析的扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),电子背散射衍射(EBSD)等测试手段和分析方法,研究了Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金的均匀化工艺、挤压变形、时效工艺对合金显微组织和力学性能的影响,以及时效处理对合金腐蚀性能的影响。
研究了Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金铸态及均匀化处理后的显微组织、相的组成和显微硬度变化,并得到该合金适宜的均匀化处理工艺。该镁合金的铸态组织是由α-Mg基体、网状共晶相以及局部少量Zr富集的化合物构成的,而α-Mg基体和网状Mg24(GdY)5相为主要相组成。实验表明,Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金经520℃/16h均匀化处理后,网状共晶Mg24(GdY)5相已经完全溶解到基体内且晶粒未粗化。该合金均匀化处理过程中组织演变:α-Mg固溶体+网状Mg24(GdY)5相→α-Mg固溶体+断续破碎的Mg24(GdY)5相→α-Mg过饱和固溶体+立方体相。
研究了Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金经挤压变形、时效处理后显微组织和力学性能的变化,不同时效温度和时效时间对合金显微硬度的影响,并通过TEM分析得出该合金的时效析出序列。实验表明,挤压态合金经200℃,220℃,240℃不同时间时效后,200℃/20h时效的峰值硬度最高,为137HV,且达到峰值所需要的时间最长,为20h。该合金的时效析出序列为:(S.S.S.S)→β"(DO19)→β(cbco)→β1(fcc)→β(Mg5Gd,fcc)。在峰值时效时合金强度达到最大值,主要是由于峰值时效阶段有大量细小弥散的β相析出,从而起到析出强化的作用。合金经挤压、峰值时效后最终σb可达到370MPa,屈服强度σ0.2达到295.6MPa,但延伸率δ略有下降。
通过EBSD分析研究了均匀化态、挤压态、时效态的微区晶粒取向的变化。均匀化处理后的晶粒取向不明显,由该区域的(0001)方向极图可以看出其晶粒取向自由度大;挤压变形后[001]方向上晶粒趋向(0001)面分布,并有明显的(0001)面织构产生,大部分晶粒的(0001)基面都平行于挤压板表面。
研究了时效处理对Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金腐蚀性能的影响,确定了时效热处理对实验合金腐蚀性能的影响规律以及合金交流阻抗的等效电路模型。‘实验表明,在3.5％NaC1水溶液浸泡3天后其腐蚀速率随着时效时间的延长而依次减小,且原始挤压态的腐蚀速率最大,时效108h的腐蚀速率最小,随着时效时间的延长合金的耐蚀性能越来越好,这是由于腐蚀产物和第二相在一定程度上起腐蚀阻挡层作用。该合金在3.5％NaC1水溶液中的腐蚀产物主要是由Mg(OH)2,Gd(OH)3和少量的MgO组成。交流阻抗实验结果拟合可得,未时效态试样交流阻抗对应的等效电路模型为[Ts(CdRt(R0L)],时效态试样的交流阻抗对应的等效电路模型为[Rs(Cd(Rc(CdRt)))]。