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72 材料工程/2010年5期 快速凝固/粉末冶金法制备ZK60高强镁合金 HighStrengthZK60MagnesiumAlloyProducedbyRapid Solidification/PowderMetallurgyProcess 张振亚,于化顺,王少卿,王海涛,闵光辉 (山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室,济南250061) — — — — — ZHANGZhenya,YUHuashun,WANGShaoqing,WANGHaitao,MINGuanghui — (KeyLaboratoryforLiquidSolidStructureEvolution&ProcessingofMaterials. MinistryofEducation,ShandongUniversity,Jinan250061,China) 摘要:采用快速凝固/粉末冶金法(RS/PM)制备块体ZK60(Mg一5.52Zn一0.33Zr,质量分数/%)镁合金,研究了挤压态合 ℃ 金在200,300退火1h后微观组织和力学性能的变化。结果表明:挤压致密化过程中,合金粉末颗粒在剪切力作用下被 ℃ 拉长,内部晶粒碎化成小角度亚晶粒、位错胞和条带状亚晶,第二相纳米颗粒沿亚晶界随机分布;随后200退火后,组 ℃ 织发生不完全再结晶,位错密度有所降低;而在300退火后,合金组织发生完全再结晶,形成平均尺寸约2.5/ ̄rn的等轴 晶,同时晶内析出大量Bz相。挤压态合金的屈服强度和延伸率分别为394MPa,15.2%;随着退火温度的升高,强度略有 下降,塑性提高,合金综合性能优异。 关键词:快速凝固/粉末冶金;ZK6O镁合金;退火处理;组织与性能 中图分类号:TG146.22 文献标识码:A —— 文章编号:10014381(2010)050072-06 — Abstract:ThemicrostructuresandmechanicalpropertiesofZK60(Mg一5.52Zn一0.33Zr,massfrac — tion/)bulkalloysfabricatedbyrapidsolidification/powdermetallurgyprocess(RS/PM)andsubse quentlyannealedat200,300 ̄Cforlhwereinvestigated.Theresultsshowthatsphericallyshaped powderiselongatedundersevereshearstressduringextrusion.Moreover,therefinedprimarygrains — gainedbyhighcoolingratearebrokenintolowanglesubgrains/dis1ocationceltsasweliaslathsub — grains,andthesecondphasenanoparticlesaredistributedrandomlyalongsubgrainboundaries.By ℃ annealingat200forlh,thedislocationdensitydecreases,whiletheincompleterecrystallization — happensinmatrix.Incontrast,whenasextrudedbulkalloyisannealedat300 ̄Cforlh,thecomplete Ⅱ crystallizationtakesplaceandfineequiaxedgrainswithaveragesizeof2.5mform.Simultaneous, moreamountofzphaseareprecipitatedwithingrains.Theyieldstrengthandductilitytofailureof— — asextrudedbulkalloyareupto394MPaand15.2%,respectively.Withincreaseofannealingtemper — ature,theductilityfurtherenhancesatalittlesacrificedofstrength,whichexhibitsexcellentmechan icalproperties. — Keywords:rapidsolidification/powdermetallurgy;ZK60magnesiumalloy;annealingtreatment;mi crostructuresandmechanicalproperty 镁合金是迄今为止实际应用中最轻的金属结构材 料,具有低密度,高比强/比刚度,易回收,良好的电磁 屏蔽和抗辐射能力等诸多优点,面对全球性能源危机 和环保需求,镁合金作为交通运输业的结构化材料潜 力巨大]。在推广镁合金的应用方面,面临着两个必 须解决的问题,一个是镁合金强度低的问题,其次是镁 合金塑性差的问题。晶粒细化的方法可以同时改善二 — 者,其中主要包括快速凝固/粉末冶金(RapidSolidifi cation/PowderMetallurgy,RS/PM)、喷射沉积(Spray Deposition,SD)、大塑性变形(如大比例挤压、等径角 挤压(EqualChannelAngularPressing,ECAP)、高压 扭转(HighPressureTorsion,HPT))等]。RS/PM 与其他工艺相比,可以显著细化合金粉末的晶粒组织, 致密化后可以使组织进一步细化到亚微米甚至纳米数 量级,且得到的是致密的块体超细晶材料,因而RS/ PM成为当前制备高性能镁合金的一个研究热 点[4-1a]。 已有的RS/PM制备镁合金的研究,多集中在合 快速凝固/粉末冶金法制备ZK60高强镁合金 77 金发生完全再结晶,形成平均尺寸约2.5肚m的等轴 晶。 (2)ZK6o合金粉末中富Zn相经挤压破碎成纳米 颗粒,随机分布在亚晶界上,起到弥散强化效果;在℃ 300/lh退火后,随着晶粒长大,其对晶界钉扎效果 减弱,而B。相的析出强化效果增强。 (3)挤压后ZK60合金屈服强度和延伸率分别高 达394MPa,15.2,力学性能优异;采用退火处理,可 进一步调整合金的综合力学性能。 参考文献 —— [1]MORDIKEBL,EBERTT.Magnesium:propertiesapplications potential[J].MaterialsScienceandEngineering,2001,A302— (1):3745. 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