形变热处理对Mg-6Zn-1Zr-1.5Y合金组织与性能的影响

　　随着航天飞行器对轻质化需求的日益发展，仅仅依靠原有材料体系进行结构优化设计已经难以实现大幅结构减重的目标，航天工业领域对于具有更高比强度材料的需求越来越迫切。变形镁合金由于密度低、比强度高、制造费用和维护费适中等一系列优点，而被当作部分取代铝合金的首选高性能结构材料[1]。

　　高强变形镁合金MB15具有优于其它镁合金的室温抗拉强度和屈服强度,而在航空航天关键受力构件上获得了成功应用，但是其力学性能与铝合金相比依然较低。通过添加以稀土元素Y为主的混合稀土元素，借助时效强化的手段可以进一步提高合金的室温和高温强度[2-6]。Mg-6Zn-1Zr-1.5Y合金就是采用此种设计手段进行成分优化后形成的高强变形镁合金。但是，至今为止关于Mg-6Zn-1Zr-1.5Y合金热变形及时效处理后组织与性能相互关系的研究相对较少[7]，因此，有必要在此方面对该合金展开进一步的研究。

　　本研究针对Mg-6Zn-1Zr-1.5Y合金热挤压及时效处理后的显微组织和力学性能进行研究，揭示了挤压比及时效处理对材料组织演变及力学性能的影响规律，初步阐述了该合金的组织演化机制和时效强化机理，为制定此类材料的变形及热处理工艺规范奠定了基础。

　　1 实 验

　　实验材料采用坩埚电阻炉在保护性气氛下进行熔炼，精炼处理后将合金液浇入金属模具中获得直径为50mm的铸锭。在保护性气氛中对铸锭进行420℃保温14h的均匀化处理。然后利用车削加工去除氧化皮，在400℃保温2h后进行热挤压，挤压比分别为λ=10、λ=13和λ=25。挤压后的棒材进行直接时效处理的制度是在185℃保温12.5h后空冷。

　　拉伸实验在CSS-55100电子万能拉伸试验机上进行, 拉伸速率为0.1mm/s。光学组织分析采用POLYVARMET光学显微镜;背散射电子形貌分析采用Sirion 200型场发射扫描电镜;利用TECNAI G2 20型透射电镜进行位错组态及第二相粒子分布等微观分析。

　　2 结果与分析

　　2.1 挤压比对组织演变的影响

　　图1a，1b为Mg-6Zn-1Zr-1.5Y合金的铸态显微组织。可见, 该合金铸态组织主要由α-Mg晶粒以及在晶界半连续分布的第二相组成，平均晶粒尺寸约为11.7µm。EDAX能谱分析表明，晶界第二相主要由Mg、Zn、Y组成，其原子比约为Mg:Zn:Y=3:2:3，初步确定为Mg3Zn2Y3相[6,8]。为了提高合金的热加工性能，对其进行了均匀化处理，热处理后的显微组织如图1c，1d所示。经过均匀化处理，合金的晶粒明显长大，其平均尺寸达到22.3µm。晶界析出相已经大部分固溶到α-Mg 基体当中，只有少量第二相以不连续点状形貌分布于晶界和晶粒内部。合金经400℃热挤压后，不同挤压比的显微组织如图2所示。变形前，其晶粒比较粗大(图1c)，经过挤压后，合金晶粒开始变形，沿着挤压方向被拉长，随着变形程度的增大，原始铸态晶粒破碎愈加严重，在纵剖面能看到明显的挤压流线形貌(图2b，2d，2f)。当挤压比λ=10 时，显微组织呈现出少量变形的原始晶粒和大量的动态再结晶晶粒共存的形态(图2a)，随着变形程度的增大，动态再结晶晶粒的体积分数逐渐增大，当挤压比达到13以上时，合金中发生了完全动态再结晶，这表明变形程度的增大有利于动态再结晶的进行，从而有利于合金组织的细化。当挤压比由λ=0增大到λ=25的过程中，合金的平均晶粒尺寸由退火态的22.3μm细化到2.8～2.0μm(见表1)。