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2000302005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;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 - RE[8]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780◦C，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680◦C时，将熔化的金属倒入为Ø90毫米大小的锭中，该锭放入温度为420◦C18小时，之后，在390◦C将他们挤压成棒Ø20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Luo[13]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◦C和合金C温度为◦C，而第二个峰值出现在用于合金B和615◦C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（340◦C）[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挤压合金的力学性能图7显示了三个挤压合金在390◦C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：σ0.2= 270.2 MPa时，抗拉强度= 320.5 MPa时，δ= 12％;B合金：σ0.2 = 316.2 MPa时，σb = 373.2 MPa时，δ= 8％; C合金：σ0.2 = 376.2 MPa时，σb = 389.0 MPa时，δ= 6％）。
显然，在％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σy为屈服应力，σ0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σ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 ，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. L˝u, 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 International Conference on Quasicrystal, World Scientific, Singapore, 1997.[13] Z.P. Luo, D.Y. Song, S.Q. Zhang, J. Alloys Compd. 230 (1995) 109.[14] H.H. Zou, X.Q. Zeng, C.Q. Zhai,W.J. Ding, Mater. Sci. Eng. A 392 (2005) 229.[15] S. Bhan, A. Lal, J. Phase Equilib. 14 (5) (1993) 634.[16] N.J. Petch, J. Iron Steel Inst. 174 (1953) 25.[17] Z.P. Luo, S.Q. Zhang, Y.L. Tang, D.S. Zhao, Scripta Met. 28 (1993) 1513.[18] Z.P. Luo, S.Q. Zhang, Y.L. Tang, D.S. Zhao, Acta Met. Sin. 7 (1994) 133.[19] T. Mohri, M. Mabuchi, N. Saito, M. Nakamura, Mater. Sci. Eng. A 257 (1998) 287.[20] R.D. Doherty, D.A. Hughes, F.J. Humphrys, et al., Mater. Sci. Eng. A 238 (1997) 217。