摘要
作为21世纪的绿色工程材料，镁合金在国防军工、航空航天和3C电子等领域有着广泛应用，但其较低的强度和塑性限制了镁合金更为广泛的应用。研究者发现稀土元素能提高镁合金的综合力学性能。在Mg-RE合金中，Mg-Gd系多元稀土镁合金因综合力学性能好，引起了国内外的广泛关注。本文以Mg-11Gd-2Nd-xZn-0.5Zr（x=0，0.5，1，1.5）合金为研究对象，研究了不同含量的Zn元素对合金组织、力学性能和热压缩性能的影响，研究结果如下： 铸态Mg-11Gd-2Nd-0.5Zr合金由α-Mg基体和Mg5(Gd，Nd)第二相组成。含Zn铸态合金的第二相为Mg5(Gd，Nd)和Zn3Gd相。适量的Zn元素可使合金中共晶相的枝晶组织得到弱化。在本文研究范围内，随Zn含量的增加，铸态合金的抗拉强度呈现先升高后降低的趋势，而伸长率呈一直升高的趋势。当Zn添加量为1%时，合金的综合力学性能最佳，抗拉强度可达204MPa，屈服强度达187MPa，断后伸长率为4.4%。 对铸态Mg-11Gd-2Nd-xZn-0.5Zr（x=0，0.5）合金和铸态Mg-11Gd-2Nd-xZn-0.5Zr（x=1，1.5）合金分别进行525℃×4h以及460℃×4h的固溶处理。固溶后合金中的第二相组成种类并未发生改变。四种固溶合金再经225℃×12h时效处理后，时效态0Zn合金组织由α-Mg基体和Mg5(Gd，Nd)第二相构成；添加Zn元素后，时效态合金组织中增加了Zn3Gd第二相。在同一拉伸温度下，时效态合金的强度都随Zn含量的增加呈现先升高后降低的趋势，1Zn合金强度达到峰值强度，而合金伸长率整体呈不断升高的趋势；对Zn含量相同的合金，其强度随拉伸温度的升高呈先升高后降低的趋势。当1Zn合金在250℃温度下拉伸时，合金综合力学性能最佳。此时，合金的抗拉强度和屈服强度分别为290MPa和221MPa，断后伸长率为6.9%。 对均匀化处理的Mg-11Gd-2Nd-xZn-0.5Zr（x=0，1）两种合金在压缩温度为350℃~500℃，应变速率为0.002s-1~1s-1的条件下进行热压缩实验。结果表明，Zn元素的添加降低了合金的流变应力，扩大了合金的安全加工区域，改善了合金的可加工性。同时Zn元素的加入还降低了合金的激活能，未加入Zn的合金热变形激活能为353.97kJ/mol，加入1Zn后降低到281.41kJ/mol。 对热压缩后的Mg-11Gd-2Nd-xZn-0.5Zr（x=0，1）合金组织进行分析可知，在400℃、变形速率0.01s-1和应变量为0.7的变形条件下，未加入Zn的基体合金中形成的网状剪切带结构诱发了动态再结晶，而加入1%的Zn元素后，合金中大量的{101?2}孪晶促进动态再结晶，这种孪晶的存在与Gd/Nd-Zn复合添加导致I2层错能的降低有关。与未加入Zn的合金相比，加入1%Zn元素的合金中基于孪晶的动态形核和扩展效率更高。在500℃、变形速率为0.01s-1和应变量为0.7的变形条件下，Mg-11Gd-2Nd-xZn-0.5Zr（x=0，1）合金的晶粒都得到了极大的细化，其中1Zn合金的晶粒细化到了2.96μm。
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