GRINM博士论文中文摘要模板单独报送-北京有色金属研究总院.DOC

文 件 名：L李婷.doc 论文题目：EW75合金的组织结构及在制备加工中的演化 作者简介：李婷，女，1986年出生，2010年从师于张奎教授，于2013年7月毕业于北京有色金属研究总院材料科学与工程专业，并获工学博士学位。 论文摘要： 稀土元素Gd、Y在镁合金中具有显著的时效强化效应，在此基础上通过成分优化设计研发的EW75合金(Mg-7Gd-5Y-1Nd-0.5Zr)室温高温力学性能优良，发展应用前景广阔。虽然目前关于Mg-Gd-Y系合金组织和性能的研究较多，但是亚稳时效析出相的晶体学特征还存在争议。此外，均匀化热处理之后进行预析出热处理，在合金中形成第二相颗粒，研究其对合金高温变形行为特别是动态再结晶的影响较少。本论文以此为立题依据，系统研究EW75合金不同热处理和加工状态下相的形貌、结构及强化机制，并通过合理的预析出热处理工艺控制第二相颗粒的形成，研究第二相对合金热压缩和多向锻造变形过程的影响作用，为研制高性能稀土镁合金提供实验基础和理论依据。 确定铸态EW75合金组织由基体、骨骼状相(f.c.c., a=2.22nm)、方块状相(f.c.c., a=0.53nm)和Zr颗粒组成。铸态合金断口以脆性的沿晶断裂为主要特征。其中骨骼状相化学成分为Mg5(Y0.4Gd0.4Nd0.2)，方块状相化学成分为Mg(Y3Gd)。经过均匀化处理后，骨骼状相基本消失，合金的组织主要由基体和方块状相Mg(Y3Gd)组成，Mg(Y3Gd)相的结构、成分与铸态合金中的相同。均匀化态合金断口以脆性的穿晶断裂为主要特征。 对均匀化EW75合金在520/480℃/440℃/400℃温度进行连续降温和等温预析出热处理。随着预析出热处理温度的降低，析出相的尺寸和体积分数增大。连续降温预析出热处理的第二相为方块状的Mg(Y3Gd)相(f.c.c., a=0.53nm)。520、480等温预析出热处理的相为方块状的Mg(Y3Gd)相，而在440、400预析出热处理时出现杆状Mg5(Y0.4Gd0.4Nd0.2)相。本文所有温度条件下析出相的尺寸均大于1μm，满足诱导再结晶的最小第二相尺寸要求。考虑到合金的沉淀强化效果，本文选择采用等温预析出热处理合金作为后续变形的初始状态合金。将经过预析出热处理的合金(预析出处理合金)和均匀化合金分别进行后续的高温热压缩和多向锻造变形。 研究了EW75合金的时效沉淀相及其强化机制。EW75合金在210等温时效过程中的主要沉淀相为相，以及沿析出的沉淀相和相。相的结构为底心正交(b.c.o.)结构，晶格常数,,。相与Mg基体完全共格，以为惯习面，与基体的取向关系为：,。相在空间的形貌为椭球状。通过高角度环形暗场扫描透射电子显微技术(HAADF-STEM)观察结果，确定相的原子结构模型为Mg7RE型。相与基体的共格关系及其不同变体间相互交错成网状是其在210时效具有较高的热稳定性的主要原因。沿析出的沉淀相以为惯习面，与基体完全共格，为板状形貌，沿方向的尺寸为2nm，沿和方向的尺寸为5nm，在之前文献中未见报道。过时效阶段的沉淀相为相，其晶格常数a=2.22nm，与基体的取向关系为：,，化学成分为Mg5(Y0.4Gd0.4Nd0.2)。一个相通常由具有孪晶关系的几个部分组成。根据Orowan绕过机制的切应力公式，考虑相的板状形貌及其方向的长度，建立了相的强化机制模型，在本合金中当相沿方向长度应当控制在2μm以内，才能获得较好的沉淀强化效果。 研究了均匀化EW75合金在热压缩变形过程中的组织演变。基面与非基面滑移同时开动，多系滑移是主要的变形机制。由于晶界对运动位错的阻碍作用，晶界附近取向差梯度远远大于晶内，晶界是主要的动态再结晶形核位置，并且再结晶晶粒与原始变形晶粒的取向存在一定关系。变形量较小时，晶界发生迁移形成锯齿状，具有非连续动态再结晶特征。变形量较大时，小角度晶界通过连续吸收位错形成大角度晶界，属于连续动态再结晶的特征。合金在热压缩过程中晶粒发生了明显的转动使基面法向趋于与压缩方向一致，具有典型的基面纤维织构特征。应变速率、变形温度对合金组织有重要的影响作用。随着应变速率的增大，动态再结晶的体积分数和再结晶晶粒尺寸都有所减小，同时变形析出相的体积分数减小。随着变形温度的降低，动态再结晶的体积分数减小，再结晶晶粒尺寸减小。 研究了预析出处理EW75合金中第二相对合金热压缩变形行为及组织演变的影响。建立了动态再结晶动力学模型，均匀化合金的动态再结晶动力学公式可以表示为，预析出处理合金的动态再结晶动力学公式可以表示为：。预析出处理合金的动态再结晶激活能低于均匀化合金，并且在相同的变形条件下，预析出处理合金完成再结晶所需时间更短，所需应变量更小，再结晶进行更快，表明本文中预析出第二相所起到的促进动态再结晶占主导作用。 预析出处理