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Mg-Gd-Y变形镁合金的组织结构与性能


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第 2 2卷 第 2期 
2008年 4月      

材 

料 

研 

究 

学 

报 

Vb . 2 1  NO 2 2 . 

prl2 0 0 8 i         

CHI NES J E  OURNAL OF M A     TERI ALS RES   EARCH 

M g Gd Y变形镁 合金 的组织 结构 与性 能  — —
赵祖 德 - 杨 平 z 路林林 z 朱世 凤 - 黄 少 东 -          
1 .中 国兵 器 工 业 第 五 九 所 重 庆 4 0 3   009 2 北京科技大学材料学院 北京 10 8  . 003

摘 要  对时效后的 M  Gd _ 合金进行了组织结构及性能的分析.结果表明, — Y 该合金有明显高于 AZ 0合金的硬度, 8 但是抗 
拉强度只有 4 0 MPa 0  .因为 中间合金未 充分溶解, 以得到单一的过饱和相.析出的  难
心 正 交 结构 .  

相标定结果 为简单正交结构, 而不是底 

关键 词  金属材料, 稀土镁合金, 时效, 相分析 , 性能 

分类号

T l  Gl3

文章编号

10—032 0)204—6 0539 (080—11   0

M i r s r t e   nd m e h ni a   ope t e   f c o t uc ur s a   c a c lpr r is o  
a M g Gd   —  Y  x r e t ude   a ne i d m g s um   lo a l y  .  

ZHAO  Zud h  e YANG  ng Pi   LU  n i 2 Li ln   ZHU  ie   HUANG  a o   Sh fng Sh od ng 】No5  n ttt fC ia Or n n eI d sr   o g i g4 0 3   . .9 I siueo  hn   d a c n u ty. n qn   0 0 9 2S h o fMa e. i En . . c o lo  trSc. & g.Unv riyo  c.& T c .Be ig】 0 8   ie st fS i eh in 0 0 3 j

S p otd b  h   t n lHih T c n lg   sac  n   v lp n  rg a (6 )frAd a cd u p re  y t e Nai a  g   eh oo y Reerh a d Deeo me tP or m 8 3 o  v n e   o
M a e il   fChi a NO 2 0 AA3 5 0 . t r as o   n   .0 2 0 5 1 

M a u c itr c ie   a   0 0 7 n r vs d fr   v m b r1 2 0 . n s rp   e e v d M y 1 ,2 0 ;i   e ie   m No e o e   4, 0 7 

} ,Dwh m  o rs o d n es o l     d r se  Te:0 3 6 7 2 3 , mal q z @1 3c m    I   o c re p n e c   h u d bea d e s d 1 l 2 1 8 9 2 8 E- i:c z d 6 .o f A BSTR ACT  Th   c o t u t r  d me h nc Ip o e te   fa e   — . aly   r  t r n d e mir s r c u ean   c a ia  r p riso  g d Mg Gd Y  l swe ede e mie   o a d a ay e n   n lz d.Th  e ut  h w h th r e so  hSal y i  b i sy b te  h nt a   fAZ8   ly . u   er s lss o t a   a dn s  ft i  l   o vou l  e t rt a  h to   o S 0 al s b t o
ist n i   te g h i  ny 4 0 M Pa t  e sl s r n t  S o l  0   e .wh c  S n  e a d d a  t  p i ie   r et   e t   h   rs n e ih i  otr g r e   s i o tm z d p op ry du   o t e p e e c   s o   n etit r da eal y .Prm a yo h r om bc s r c u ewa   e e m ie  n a fu -m l n e me it   l s   o i r  r o h t i t u t r   sd t r n d i    p e i ia ew hc   r cpt t  ih i n tc sse twih t e l e a u e r p r  fb s - e t r d o   o y c n e e   rh r o bcs r c u e  S o   on it n   t   h  i r t   e o to   a e c n e e   rb d - e t rd o o h m i t u t   .     t r t r K E Y   o R D S m e a l   a e i s a e e rh m a n su a ly a en W   t lc m t r .r r  a   g e im  l . g ig,p a e a alss r e is i al t o h s   n y i.pop r e   t

镁 合金 作 为结 构件 使用 其主要 问题 是强度 不够 ,   因此 人 们一直 致 力于寻 找 新型镁 合 金或 通过 工 艺优  化使 其达到 中 、高 强度铝 合金 的水平 .传 统的 AZ 0 8 

析 得 到的 , x 射 线衍 射结 果很 少有 存 在亚 稳相 的  而 报 导 , 发现 平衡 相 MgGd Mg4 16 1 现有 关  只 5 / 2Y5 ,8 5 ,.

于 Mg G — 合金 的报导 , — dY 只分析 了脱 溶 序列和 亚稳 
相的 存在, 少研 究其对该合 金性 能的影 响及影 响程  很 度, 文分析 热挤 压 Mg Gd Y 合金 的 时效组织 和相  本 — —

镁 合 金 的 室温 抗 拉 强 度 为 30 MP , 延伸 率 高 于  8  a 7   但 是 该合 金 时效 后 没 有 亚 稳过 渡 相 ,稳 定 的  %.
Mg 7 1 1A 1 2时 效 时常 以不连 续 胞状 脱 溶 的方 式 析 出,   得到 的不是 最佳 的时效 强化组 织.Mg Gd Y 稀 土合  — — 金有很 高 的稀 土溶解度 , 得到 了广泛的研 究 [ n1该  1 . - 合 金有 亚 稳相和 脱溶 序列 [3 ,1】 还 有  。相 【. 2 ,7 0 ,6 , , 7  1 因此  — — Mg Gd Y稀 土合金最 有希望 获得 4 0MP 5  a以  上 的 强度 , 其组 织性 能 的优 化是 国 内外 研 究 的热点 .  

结构 , 究脱溶 序列和 亚稳 相对 MgGdY 合金 性 能  研 — —
的影 响.  

1 实验 方法   
实验 样品取 自 Mg Gd Y 热挤 压棒 材, _ — 其制备 过 

Mg G — — d Y稀土合金 中的脱溶 序列是根 据透射 电镜 分 

程 为:以纯 Mg9 . %) (99 、Mg 2G 、Mg2Y、Mg  9 一5 d 一0 一 2Z 中间合金 为原料 , 5r 在普通坩 埚 电阻炉 中熔炼 配制  成 成分 ( 量分 数)为 Mg 1%Gd3 Y 的合金 .用  质 -2 -%
空冷钢 模浇 注成 直径 6  2mm 的 圆锭 , 在 5 0t油  再 0  压机 上将 其挤压 成直径 1  的圆棒 , 5mm 挤压 比为 1, 6  

国家八六三计划新材料领域 2 0 AA3 5 0 02 0 5 1资助项 目,   20 0 7年 5月 i 日收到初稿; 0 7年 1 0 20 1月 1 日收到修改稿  4 本文联系人:赵祖德, 研究员 

挤 压速 度为 1m/ i, 具温度 为 40℃. 压前将    rn 模 a 5 挤

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14 2


62
il l m













22卷

直径
T 5

的 圆锭 在
15
H 1m

5 2 0 ℃ 均 匀化处 理 1 2 h

将挤


压 后 的 直径

的棒材进 行
225 ℃


T 5



T 6

时效 处 理
0 45 h
-

时效 处理 : 时效 温 度
460

时效 时 间


;T

6


硝 酸 甲 醇 浸 蚀 后 可看 到 第 二 相 粒 子 的 形 貌 (图 1 b ) 在 凝 固过 程 中在 镁 晶粒 的 晶 界 上 产 生 的大 粒 = 多 数 r. 形 状 是 不 规 则 的 挤 压 时 第二 相 被 压 碎 其 周 围 的 镁








时 效 处 理 : 固溶 温 度 时效 时 间
0 55 h


570 ℃

时效温 度 为

225 ℃

基 体 动 态 再 结 晶后 晶粒 很 细 小 图
2




为热挤压 样 品经
由图
2


460 ℃

至 5 7 0 ℃ 固溶 处理

用 日本 理 学 的
靶) 和 配 置
K
e v c x

x

线 衍 射 仪 (加 速 电 压
LE O

4 () k V



C

u

后 的组 织


可 见 压 碎 的第 二 相 并未 充分溶


电制 冷 能 谱 仪 的


14 5 0

型扫

描 电镜进 行 相 分 析 用

Ca R In


e

晶 体 学 分 析 软 件计 算


各 种 相 的 面 间距 及 衍 射 峰 用 文 献 [1 相分析 结果列于 表 1



10 ]

巾数据 进 行

解 而 是 由细 小 碎 化 的 颗 粒 状 粗 化 / 结 到 长 方 形 约 烧 1 2 p in 二 相 具 有 立 方 结 构 的 特 点 为 非平 衡 凝 固 第 时 形 成 的 共 晶 产 物 卢 相 根 据 文 献 f1 0 ] 的 结 果 在








420 ℃

以 上 脱 溶 析 出 ∥ 相应 该 溶 解
2 M g




2
2 1


结 果 与讨 论

对图


中 的 火 粒 子 进 行 能 谱 成 分 (原 子 分 数 ) 测


定 结果为


5 8 3 2 %; Y 2 3 0 1 % ; G d l 8 6 7 %

. .



由 型


Nl g

G d

Y

镁 合 金 的 挤 压 态 和 固 溶 态的 组 织
1 0 “Ⅱ


此 可 虬 相 _J G d 大
Gd


Y

的 含 量 明 显 升 高 含有


42

% 的

f 行 于 挤 压 轴 热 挤 压 的 样 品 发 生 了 完全 的 动 态
再 结 晶 晶粒 尺 寸分 布不均 匀 粗 晶尺 寸大 约

, ,

Y


总量 根据
3 %Y



因 此 不 人 町能 足 共 晶 产 物 M


g5Gd

∥相
_ j


Mg

Gd



M g Y

相 图 平均成分


M g

第 二 相 粒 子 周 围 的 基 体 晶 粒 尺 寸 则 很 小 (图 1 a ) 成 串分 布 的 第 : 被 苦 味 酸 溶解 后 留 下 很 多 孔 洞 用 相



1 2 %G d

的合金 凝 固时不 可能形 成 含

Y Gd/

高 低

Mg

s

~ (G d /

) 的 中 间相 即 排 除 了 是 含


Gd



Y


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1

合 金 巾 可 能 f lj 脱 相 的 结 构
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镁 合金的挤压 态组 织
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! 塑
的平 衡 相
2 2




塑塑堡箜 M g





Gd Y

变 形 镁 合 金 的 组 织 结 构 与性 能

14 3



M g5Gd



M g3Gd








∥ 的 可能 性



20


=

20 7





23 9





34 1


5

号 峰 为 町能 的 廖








时效态的相分 析

3



和图
460 x

4

热挤 压 后 在
基体
Mg

为热 挤 压 后直 接 时 效 (T 5 处 理 ) 和 ℃ 固 溶 处 理 再 经 不 同 温 度 下 时 效 (T 6 射线




460 ℃



特别是 在
4

570 ℃
20
=

固溶处 理 后 应 该 没




j ‘ 平衡相 ,

因此 图



9 2





29 2





48




58





处理 ) 样 品的
平衡相 M
Y

2 臼 扫描相分析结果



1


号峰 为


处 的衍 射 峰对 应 的 足
32 5
-

Mg2Y

1







20



20 7


的衍射峰
g
24
5

2

号 峰 是 与文 献 的衍射峰

[1 5 ,6 8 卜
,

致的
4



M g5Gd



3

号 峰 为 “能 丁 相衍射峰


的 峰 是 挤 压 后 出 现 的 (T 6 处 理 后 这 些 峰位强度较弱 或改变) 对 应 的是 平衡相 M g 2 4 Y 5 或




33 7






的未 溶 中 间合 金 经 退 火 粗 化 成 的
~ 号 峰 为 可能 的 /l (M
g
a

M g2Y


Mg5Gd



是 在 较 高 温 度 的 形变 促 进 析 出 或 形 变 后 冷 却


Gd

) 相 衍 射 峰 其 强 衍 射峰 位

时析 出的


F ig 2

2
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固溶 处 理 态 后
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次析 出相 的粗 化 过 程
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处 理 样 品 的衍 射 图 谱
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14 4 











报 

2 卷  2

盟 
C 

o 

o 

图 4  T6处理样的衍射 图谱 
Fi 4 Di r c i n p t e n o  a p e at r T6 h a   r a m e t g.   f a to   a t r   fs m l  f e     e tt e t n  

固溶 处理 低 温 时效 后 出 现 的显 著 的峰 是 2 = 0  

由图 5 可见 , 基体与析 出相存在很 好的取 向关系.  

3.。 5 ,即镁 的 (0- 8 1])峰左 侧 扩 宽 ( 图 3 1 见 ,4的放  大 图) .另 一特 点是 热挤 压直接 时 效后 ,明显与 基体  (02 衍 射峰分 开 的 2 00) 0= 3 . 37 。峰变 为部分 重叠 的 
2  =3 。 4 衍射 峰, 到 50℃固溶处理 及短 时时效 的  再 7

取 向关系是:O 0) g1 0),[ OI g121 . ( 2M ( 1 ,I O  [ o , 析  0 I 0  ̄ I M I  ̄ o 出相沿基体的 {Ol面及 {OO面析出. OO } li } - 在基面析  出的片状第二相边缘还平行于基体 的 {OO面.若  li } 图 5中细条状析出物与  相同, 只是沿 {10面 ( 10 } 垂  直 于纸面)析 出, 则它 们会 有效阻 碍基 面上 位错 的运  动 , 强度提 高. 使 但是 , 若是 底心正 交结构 , 应该 对  则
应如图 5 c的衍射 图, 按 简单 正交结 构 可模拟 出与  而 实际相 同的衍 射斑 ( 5) 图 d.  
23 时 效后 的力学 性能  , 时效 样品硬度 的提高基 本上是 在 1   0 h内完成 , 过 

完全 重叠 的 2 0= 3。衍射 峰.这应该 是  ” 与基  4 ,  
体 共格析 出的表 现.  

使 用 C R n 软 件根 据 表 1 的点 阵 参 数计 算  a Ie
Mg Y1  相 的 X 线衍射 峰, 2 一 发现 只有该 相才 会产生 

2 0— 9 。的衍 射 峰.这 与能 谱成分 分 析 的结 果 ( . 2 图  2 、图 3 )一致, 含 Y、G 是 d量很 高的相 .但是 , 该相 
具 有六方 结构, 不是 图 2 图 4的立方体 形状; 、 而立方  结 构 的 MgGd也不 会产 生 2 =92 2 0 .。处的衍 射峰. 包  晶产物 MgY1 X 的熔 点高达 7 0℃, 2 一 8 因此 5 0℃的  7

时效倾 向很 小, 出现 了时效加速 的现 象 ( 6)这  即 图 a. 种 现象 的产生 主要 与挤 压 过程 中所 保 留下 来的 位错 
对第 二相粒 子 的析 出起 促进 作 用有关 ( 相 即 22 第二 .   小节 中分析 的亚生稳相 和稳 定相等) 另外, 图 6还  . 从 可看 出, 6处 理样 品的硬 度略 比 T T 5处理 的低, 主要  原 因是 固溶 时挤 压 态 的基体 晶粒 和 未溶 第二 相 晶粒  出现 了粗化 现象 ( 2, 晶粒 的粗 化未 能在 随后的  图 )而

高温 固溶也 难 以使其溶 解 ( 二元 Mg G - d合金 共 晶温 
度 只有 58℃) 对 比固溶处理 样 品的衍射 峰可知, 4 . 除  2 =92 的衍 射 峰外, 0-94 , 89 0 . 。处 2- . 4 . 2 。 。出的衍 射峰 
也 可能对应 MgY1 X. 2 一  

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2 期

M 赵祖 德 等 :

g

Gd



Y

变 形 镁 合 金 的组 织 结 构 与性 能

14 5



^●

● Ⅲ

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后 析 出 相衍 射 斑 的 分 析
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样 品 的硬 度 和 强 度与 时 效 时 间 的 关 系
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(T 5 ) 时效
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样 品 的拉 伸 断 口 形 貌
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16 4 











报 

2 卷  2

时效过程 中得 以消除. 因此, 化后 ( ) 品 的硬 度  粗 T6 样 低 于未粗 化 ( 5 的样 品. AZ 0时效 曲线 比较, T) 与 8 硬  度 有 了明显提高 , 明亚稳相 和脱溶 序列对 该类合 金  说 的硬 度有 显著 的影 响:时效 的样品抗 拉 强度 为 3 0   9-

2 T. wa a a K. tu a SKa d , . jma SI e o    Ka b t , Ma s d , . ma o Y Koi , . n , k
HRT EM   s r a i     h   r c p t t s i M g ob e v ton oft e p e i ia e  n  -Gd— Y—Zr  

ao , tr S iF r m, 0 , 1 (0 3 l y Mae. c ou 3 3 4920 ) l .  
3 I An a wu SKa d , Ko i , igc aa tr t s   . A. y n , . ma o Y. jma Agn  h rc ei i   sc
a   g   e pe at e t nsl  o r isofM g— nd hi h t m r ur  e ie pr pe te     Gd— —   Y Zr

40 a 延伸率为 4 , 0  , MP % 明显 比 A 8 的 ( 6) 其  Z0 图 b. 原 因是存 在大量未 溶的一次 析出物 . 能有效 利用全  若 部 固溶 的 Gd和 Y, 该合金 的硬度 应能 达 HB 4 [ J 1 0 ,. 8   9
从 图 7可见, 时效样品 拉伸断 口的宏 观平 面垂直  于拉 伸轴, 显示 出脆性 断裂特 征; 在断 口上 虽有 很多 

ao s MaeilT a scin, 27, 2 620 ) l y, tr s rnat s 4 () 10 (0 1 l a  o  
4 I An a wu SKa d , Y. j , Cre  p o e t s   . A. y n , . ma o Ko i ma e p r p ri   e

o  — d Y— ral s fMg G — Z  ly ,Maeil T ascin,4 () o tr sr nat s 27, a  o   1 1(0 1 2 22 0 )  
5 M . ga a a S.   Su m t , Han wa, J. a k a K ne o,St u t r s r c u e  an  m e   d - c ni al o r i sofr pi y ol fe   g ha c   pe t e    a dl s i i s M -Y  a e   l s  pr di b s d al oy ,

Mae. i E g, 2 , 6 (97  tr c. n .A2 6 8 119 ) S &
6 M .o js- o oe , L Lt n s a E  c o  tru   S cu z P d sk . i ek , y t f y tim o   n
s r t r   nd m e ha c lpr t uc u e a   c ni a   ope te   f M g a l y ,M a e . r i s o     lo s t r 

的 ‘ 窝 ’ 但是 可找到 大 、 韧 , 小第 二相 粒子, 纹可能  裂
先从 这些粒 子与基 体 的界面上 产生 .  
3 结  论 

C e sr n   h s s s ()4 22 0 ) h mi yadP yi , o2, 7 (0 3  t c
7 J. Ni B. M ud e, Pr c p t to i  m a ne i m  al     F. e, C. dl e i ia in  n g su l oy
W E5   r ng io h r a   g i g a   50 ℃ , rpt   a e . 4 du i  s t e m la e n   t 2 Sc i a M t r ,  

1 .新型 Mg G — 合 金 时效后 的硬 度值 明显高  _ dY 于 AZ 0 但 是应 该进 一步减 少较 多 的未溶 中 间合金  8, 或 共 晶产物.   2 热挤 压虽然可得 到很细 的动态 再结晶 晶粒, . 提  高 强度; 但形 变促 进 了非共格 相的析 出, 强度 下降. 使   3 、T . T5 6处理 共格 与非共 格析 出引起 的两相 峰 

4 (0, 091 9 ) 0 1) 18 (9 9 
8 S. ma o S. a a , Oh c iY. jma R. n mia   Ka d , 1 s wa K. u h, Koi , Nio y , w  
A g   h d i   c ar c ers i s a   h g   t m p a u e e ar en ng h a t it c   nd ih e er t r  

s r ng h ofM g— d a   g Tb  lo s o na  fJ an te t     G   nd M - al y ,J ur lo   ap  

Isi t f ih  tl 4 () 7 71 9) nt ue   gtMea , 22, 2 (9 2 t oL s  
9 L. Ro   L. khl i n, IN . k tna M a e i . Ni i i , gn s um - a lni g do i um  a   nd

ma n s m- a o ii m一 r ru g ei u g d l u ) ti m a ly , Z is h i  f e   n t l s o e tc rf u r t

Mealu d , 5 1)8 9(94  tl n e 8 (2 , 1 19 ) k
1   P. s r ,B . m ol I St i ov ,F. on Buc O Vo t y S a, . ul k a y   h,B . M o di , L. r ke  M i r s r c ur   v ut o  n s hr al he t t e e   g c o t u t e e ol i n i ioc on l y  a   r at d M — 

重 叠 与分 离 的现 象,是亚 稳 相 向平 衡 相 转变 的结 果 .   相是 简单正 交结构 , 而不 是底 心 或体 心正交 结构 .  
参 考 文 献 
1 M . iv nni ,A. c o ,H . a   G oa ni Sa c ne Flndo f r re ,P. Rog ,R .e r , l F r o  On  t   s s e a is o   p s   e ii i  i c he y t m tc   f ha e qu l bra n  om plx e 

G  l y, h s Sa. o. a, 7 ()4 11 9 ) dal s P y. tt S 1 ()1 52, 9 (9 9  o
1   PEN G  1 Zhu a , ok i ZH AN G  i i g, X nm n CH EN  a Jinm e , AO  i XI Yan JI g, ANG  a DEN G  e h n,Ef c sof n,Zron H o, Zh nz e f t    e M     m i r s r c ur   d  op r is of M g_ c o tyu t e an pr e te     Gd—Y  lo ,T h   a ly e

C ieeJ un l f o fr u  tl 1 () 9720 ) hns o ra    ner s oN o Meas 56, 1 (05  ,
( 彭卓凯, 张新明, 陈健美, 阳, 肖 蒋浩, 邓桢桢 , , r Mg   Mn Z 对 _

ma n su r r   a t  s se : Ga Y  g e i m- a e e r h y t ms — Mg Z i c rf . et h i   s t

Gd Y 合金组织与力学性能的影 响, _ 中国有色金属学报, 56, 1 ()   9 720 ) 1 (05)  

fe  tl u d , 8 5, 7 (9 7 ur Meal n e 8 () 3219 ) k  


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