高温短时间时效处理对Mg-3Nd-1Zn合金微观组织及力学性能的影响<sup>*</sup>

doi:10.11900/0412.1961.2015.00333

金属学报

2016, Vol. 52

Issue (5): 567-574 DOI: 10.11900/0412.1961.2015.00333

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高温短时间时效处理对Mg-3Nd-1Zn合金微观组织及力学性能的影响^*

王文辉^1,²,吴迪¹(

),陈荣石¹,娄长胜²

1 中国科学院金属研究所, 沈阳 110016
2 沈阳理工大学材料科学与工程学院, 沈阳 110159

EFFECTS OF HIGH TEMPERATURE SHORT TIMEAGEING TREATMENT ON THE MICROSTRUC-TURES AND MECHANICAL PROPERTIES OFMg-3Nd-1Zn ALLOY

Wenhui WANG^1,²,Di WU¹(

),Rongshi CHEN¹,Changsheng LOU²

1 Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China
2 School of Materials Science and Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159, China

引用本文:

王文辉,吴迪,陈荣石,娄长胜. 高温短时间时效处理对Mg-3Nd-1Zn合金微观组织及力学性能的影响^*[J]. 金属学报, 2016, 52(5): 567-574.
Wenhui WANG, Di WU, Rongshi CHEN, Changsheng LOU. EFFECTS OF HIGH TEMPERATURE SHORT TIMEAGEING TREATMENT ON THE MICROSTRUC-TURES AND MECHANICAL PROPERTIES OFMg-3Nd-1Zn ALLOY[J]. Acta Metall Sin, 2016, 52(5): 567-574.

全文: PDF(1179 KB) HTML

摘要:

将固溶处理后的Mg-2.7Nd-0.6Zn-0.5Zr合金在200~300 ℃之间进行不同温度及时间的高温时效处理, 研究高温短时间时效处理对合金的微观组织和力学性能的影响, 并利用OM, SEM和TEM对合金的微观组织进行表征. 结果表明, 固溶态Mg-2.7Nd-0.6Zn-0.5Zr合金经250~275 ℃高温短时间时效后, 其室温屈服强度和抗拉强度最高分别增加了近70%和29%, 宏观组织中出现呈直线性不均匀分布的析出相. 析出相的显微形貌为颗粒状, 成分为Mg₁₂Nd. 析出相的线性分布方向平行于Mg基体(0001)_Mg基面, 合金的时效硬化行为与这种沿基面呈平行线分布的颗粒状析出相密切相关. 在250~275 ℃范围内时效20~30 min后屈服强度较高, 这是由于在变形过程中颗粒状Mg₁₂Nd的特殊分布对基面滑移及晶粒间协调变形起到很强的抑制作用.

关键词 ：镁合金, 时效, 析出相, 力学性能

Abstract：

Among the traditional cast magnesium alloys system, Mg-3Nd-1Zn alloy with high strength and heat resistance, has been widely applied in aeronautics such as in engine box and wing rib of airplane. In present research, the as-cast Mg-2.7Nd-0.6Zn-0.5Zr (NZ31) alloy was solution treated and then aged at temperatures ranging from 200 ℃ to 300 ℃. The microstructures and mechanical properties of the aged specimens especially at relatively high temperature (225~300 ℃) were systematically characterized by OM, SEM and TEM. A new kind of precipitates distributed in line was clearly found in the specimens aged at high temperature (225~275 ℃) for a short time (15~30 min), which corresponded to a significant enhancement of hardness and tensile strength at room temperature. The TEM results showed that the precipitates distributed in line had a composition of Mg₁₂Nd and a granular shape, and mainly formed along the (0001)_Mg basal plane. The special distribution of the granular Mg₁₂Nd precipitates was effective barriers to the basal slips and may probably restrain the intergranular coordination during tensile deformation, leading to a large strengthening effect, that is, the yield strength and ultimate tensile strength, of the NZ31 alloy aged at 250~275 ℃ for 20~30 min, increased by about 70% and 29% respectively, in comparison with only the solutionized one.

Key words： magnesium alloy ageing treatment precipitate mechanical property

收稿日期: 2015-06-26

基金资助:* 国家自然科学基金项目51301173和51531002及国家重点基础研究发展计划项目2013CB632202资助

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图1 NZ31镁合金在200 ℃下时效时硬度与时效时间的关系和经过200 ℃时效12 h后的TEM像及SAED谱

图2 NZ31镁合金在不同温度保温30 min的硬度

图3 T4态及经不同温度时效30 min后的NZ31镁合金显微组织的OM和SEM像

图4 NZ31镁合金在275 ℃保温不同时间后的硬度

图5 NZ31镁合金在275 ℃保温不同时间后的OM像

图6 T4固溶态, 200 ℃保温12 h, 250 ℃时效30 min及275 ℃时效20 min后的NZ31合金室温拉伸力学性能

图7 275 ℃时效20 min后析出相形貌的SEM像、TEM明场像、TEM暗场像及基体和析出相的SAED谱

图8 275 ℃时效20 min后的SAED谱

表1 NZ31镁合金在275 ℃时效20 min后析出相的EDS分析结果

图9 NZ31镁合金高温短时间时效时析出相对屈服强度提升的作用机制

[1]	Nie J F, Muddle B C.Acta Mater, 2000; 48: 1691
[2]	Wang X N, Han L Z, Gu J F.Acta Metall Sin, 2014; 50: 355
[2]	(王小娜, 韩利战, 顾剑锋. 金属学报, 2014; 50: 355)
[3]	Liu Q.Acta Metall Sin, 2010; 46: 1458
[3]	(刘庆. 金属学报, 2010; 46: 1458)
[4]	Tang W, Han E H, Xu Y B, Liu L.Acta Metall Sin, 2005; 41: 1199
[4]	(唐伟, 韩恩厚, 徐永波, 刘路. 金属学报, 2005; 41: 1199)
[5]	Li D J, Wang Q D.Mater Sci Eng, 2009; A526: 150
[6]	Liu X B, Chen R S, Han E H.Mater Sci Eng, 2008; A497: 326
[7]	Li J H, Sha G, Wang T Y, Jie W Q, Ringer S P.Mater Sci Eng, 2012; A534: 1
[8]	Liu H, Gao Y, Zhu Y M, Wang Y, Nie J F.Acta Mater, 2014; 77: 133
[9]	Fu P H, Peng L M, Jiang H Y, Ma L, Zhai C Q.Mater Sci Eng, 2008; A496: 177
[10]	Dai J, Huang J, Li M, Li Z, Dong J, Wu Y.Mater Sci Eng, 2011; A529: 401
[11]	Ma L, Mishra R K, Balogh M P, Peng L, Luo A A, Sachdev A K, Ding W.Mater Sci Eng, 2012; A543: 12
[12]	Wu D, Chen R S, Ke W.Mater Des, 2014; 58: 324
[13]	Zheng X W, Dong J, Zhou N, Fu P H, Yao S S, Ding W J.Mater Sci Technol, 2011; 27: 275
[14]	Ning Z L, Wang G J, Cao F Y, Sun J F, Du J F.J Mater Sci, 2009; 44: 4264
[15]	Wang K F, Zhou Z J, Wang Y C, Mi G F.Hot Working Technol, 2011; 40: 39
[16]	Wang W H, Wu D, Shah S S A, Chen R S, Lou C S.Mater Sci Eng, 2016; A649: 214
[17]	Nie J F.Metall Mater Trans, 2012; 43A: 3891
[18]	Pike T J, Noble B.J Less Common Met, 1973; 30: 63
[19]	Fu P H, Peng L M, Jiang H Y, Chang T W, Zhai C Q.Mater Sci Eng, 2008; A486: 183
[20]	Wang W H, Wu D, Chen R S, Lou C S.Mater Sci Forum, 2015; 816: 362
[21]	Zhu S M, Nie J F.Scr Mater, 2004; 50: 51
[22]	Wei L Y, Dunlop G L, Westengen H. J Mater Sci, 1996; 31: 387
[23]	Ardell A J.Metall Trans, 1985; 16A: 2131
[24]	Nie J F.Scr Mater, 2003; 48: 1009
[25]	Cui Z Q.Metallography and Heat Treatment. Harbin: China Machine Press, 2007: 175
[25]	(崔忠圻. 金属学与热处理. 哈尔滨: 机械工业出版社, 2007: 175)

[1]	张雷雷, 陈晶阳, 汤鑫, 肖程波, 张明军, 杨卿. K439B铸造高温合金800℃长期时效组织与性能演变[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1253-1264.
[2]	宫声凯, 刘原, 耿粒伦, 茹毅, 赵文月, 裴延玲, 李树索. 涂层/高温合金界面行为及调控研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1097-1108.
[3]	张健, 王莉, 谢光, 王栋, 申健, 卢玉章, 黄亚奇, 李亚微. 镍基单晶高温合金的研发进展[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1109-1124.
[4]	郑亮, 张强, 李周, 张国庆. 增/降氧过程对高温合金粉末表面特性和合金性能的影响：粉末存储到脱气处理[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1265-1278.
[5]	李景仁, 谢东升, 张栋栋, 谢红波, 潘虎成, 任玉平, 秦高梧. 新型低合金化高强Mg-0.2Ce-0.2Ca合金挤压过程中的组织演变机理[J]. 金属学报, 2023, 59(8): 1087-1096.
[6]	丁桦, 张宇, 蔡明晖, 唐正友. 奥氏体基Fe-Mn-Al-C轻质钢的研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(8): 1027-1041.
[7]	陈礼清, 李兴, 赵阳, 王帅, 冯阳. 结构功能一体化高锰减振钢研究发展概况[J]. 金属学报, 2023, 59(8): 1015-1026.
[8]	袁江淮, 王振玉, 马冠水, 周广学, 程晓英, 汪爱英. Cr₂AlC涂层相结构演变对力学性能的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(7): 961-968.
[9]	吴东江, 刘德华, 张子傲, 张逸伦, 牛方勇, 马广义. 电弧增材制造2024铝合金的微观组织与力学性能[J]. 金属学报, 2023, 59(6): 767-776.
[10]	梁凯, 姚志浩, 谢锡善, 姚凯俊, 董建新. 新型耐热合金SP2215组织与性能的关联性[J]. 金属学报, 2023, 59(6): 797-811.
[11]	王长胜, 付华栋, 张洪涛, 谢建新. 冷轧变形对高性能Cu-Ni-Si合金组织性能与析出行为的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(5): 585-598.
[12]	张东阳, 张钧, 李述军, 任德春, 马英杰, 杨锐. 热处理对选区激光熔化Ti55531合金多孔材料力学性能的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(5): 647-656.
[13]	侯娟, 代斌斌, 闵师领, 刘慧, 蒋梦蕾, 杨帆. 尺寸设计对选区激光熔化304L不锈钢显微组织与性能的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(5): 623-635.
[14]	王滨, 牛梦超, 王威, 姜涛, 栾军华, 杨柯. 含Cu马氏体时效不锈钢的组织与强韧性[J]. 金属学报, 2023, 59(5): 636-646.
[15]	刘满平, 薛周磊, 彭振, 陈昱林, 丁立鹏, 贾志宏. 后时效对超细晶6061铝合金微观结构与力学性能的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(5): 657-667.

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