Mg-8Gd-0.5Zr-xAg合金的微观组织与力学性能

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.250358

摘要/Abstract

摘要：

采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和拉伸力学性能测试等方法，系统研究了高温大挤压比制备的Mg-8Gd-0.5Zr-xAg（x%=0，0.5%，2%，5%，为Ag在合金中的质量分数）合金微观组织与力学性能的影响规律。研究结果表明：随着Ag含量（质量分数）的增加，合金屈服强度显著提升，其中Mg-8Gd-0.5Zr-5Ag合金屈服强度较不含Ag合金提高了142 MPa。微观组织分析表明，Ag的添加不仅细化了晶粒尺寸，更诱导挤压过程中沉淀相类型发生转变。通过电子背散射衍射（EBSD）分析发现，不含Mg-8Gd-0.5Zr-0Ag与Mg-8Gd-0.5Zr-5Ag合金中存在少量拉长晶粒，其余为再结晶晶粒；而Mg-8Gd-0.5Zr-2Ag及Mg-8Gd-0.5Zr-5Ag合金则完全由再结晶晶粒组成，其中Mg-8Gd-0.5Zr-5Ag合金的平均晶粒尺寸最小，仅为1.3 μm。 SEM结合能谱（EDS）分析表明，挤压态合金中动态沉淀相的体积分数随Ag含量增加而增大。 Mg-8Gd-0.5Zr-0Ag、Mg-8Gd-0.5Zr-0.5Ag合金的第二相主要由Mg、Gd元素组成，经TEM表征确定为Mg₅Gd相；而在Mg-8Gd-0.5Zr-2Ag和Mg-8Gd-0.5Zr-5Ag合金中，动态沉淀相转变为三元相Mg₁₂Gd₂Ag。研究证实，5% Ag合金屈服强度的显著提升主要源于第二相强化和细晶强化2种机制的良好协同效应。

关键词: 细晶强化, 第二相强化, 力学性能, 显微组织

Abstract:

This study systematically investigates the influence of Ag content on the microstructure and mechanical properties of Mg-8Gd-0.5Zr-xAg（x%=0，0.5%，2%，5%） alloys fabricated via high-temperature extrusion with a large extrusion ratio， employing scanning electron microscopy （SEM）， transmission electron microscopy （TEM）， and tensile testing. The results demonstrate that the yield strength increases markedly with Ag addition， showing a remarkable improvement of 142 MPa in the Mg-8Gd-0.5Zr-5Ag alloy compared to the Ag-free counterpart. Microstructural analyses reveal that Ag not only refines grain size but also fundamentally alters the types of precipitates formed during extrusion. Electron backscatter diffraction （EBSD） indicates that the Mg-8Gd-0.5Zr-0Ag and Mg-8Gd-0.5Zr-0.5Ag alloys consist of partially recrystallized microstructures with elongated grains， whereas the Mg-8Gd-0.5Zr-2Ag and 5Ag alloys exhibit fully recrystallized structures， with the Mg-8Gd-0.5Zr-5Ag alloy achieving the smallest average grain size （1.3 μm）. SEM-EDS analyses confirm an increase in the volume fraction of dynamic precipitates with higher Ag content. While the secondary phases in Mg-8Gd-0.5Zr-0Ag and Mg-8Gd-0.5Zr-0.5Ag alloys are identified as Mg₅Gd （via TEM）， the Mg-8Gd-0.5Zr-2Ag and Mg-8Gd-0.5Zr-5Ag alloys form Mg₁₂Gd₂Ag ternary phases. The superior yield strength of the 5%Ag alloy is attributed to the synergistic effects of precipitation strengthening and grain refinement.

Key words: Grain refinement, Precipitation strengthening, Mechanical properties, Microstructure evolution

中图分类号:

O614.2

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图/表 8

图1 Mg-8Gd-0.5Zr-xAg合金的扫描组织形貌x/%： A. 0； B. 0.5； C.2； D. 5

Fig.1 SEM micrographs of the Mg-8Gd-0.5Zr-xAg sample

图2 Mg-8Gd-0.5Zr-xAg合金的背散射电子（BSE）图像及合金的元素分布

Fig.2 Backscattered electron （BSE） images and elemental distribution of Mg-8Gd-0.5Zr-xAg alloysNote： A1-D1. BSE images； A2-D5. EDS images； A1-A5. Mg-8Gd-0.5Zr alloy； B1-B5. Mg-8Gd-0.5Zr-0.5Ag alloy； C1-C5. Mg-8Gd-0.5Zr-2Ag alloy； D1-D5. Mg-8Gd-0.5Zr-5Ag alloy

图3 合金Mg-8Gd-0.5Zr-0Ag（a）、Mg-8Gd-0.5Zr-0.5Ag（b）、Mg-8Gd-0.5Zr-2Ag（c）及Mg-8Gd-0.5Zr-5Ag（d）的XRD衍射图谱

Fig.3 XRD patterns of Mg-8Gd-0.5Zr-0Ag （a）， Mg-8Gd-0.5Zr-0.5Ag （b）， Mg-8Gd-0.5Zr-2Ag （c） and Mg-8Gd-0.5Zr-5Ag （d）

图4 不同Mg-8Gd-0.5Zr-xAg合金的EBSD分析结果

Fig.4 EBSD analysis results of Mg-8Gd-0.5Zr-xAg alloysNote： A1-A3. Mg-8Gd-0.5Zr alloy； B1-B3. Mg-8Gd-0.5Zr-0.5Ag alloy； C1-C3. Mg-8Gd-0.5Zr-2Ag alloy； D1-D3. Mg-8Gd-0.5Zr-5Ag alloy. A1-D1： IPF orientation distribution diagrams of the four alloys； A2-D2. polar plots of the four alloys； A3-D3. histogram of grain size distribution of the four alloys

图5 4种合金样品的位错密度统计图

Fig.5 Dislocation density （statisticed chart） in four alloys

图6 （A） Mg-8Gd-0.5Zr-0Ag、（B） Mg-8Gd-0.5Zr-0.5Ag、（C） Mg-8Gd-0.5Zr-2A和（D） Mg-8Gd-0.5Zr-5Ag断口形貌的SEM图

Fig.6 SEM images of the fracture morphology：（A） Mg-8Gd-0.5Zr-0Ag；（B） Mg-8Gd-0.5Zr-0.5Ag；（C） Mg-8Gd-0.5Zr-2Ag；（D） Mg-8Gd-0.5Zr-5Ag

图7 Mg-8Gd-0.5Zr-0Ag（A、B）和Mg-8Gd-0.5Zr-5Ag（C、D）合金的BF-TEM及HRTEM图

Fig.7 BF-TEM images and HRTEM images of Mg-8Gd-0.5Zr （A， B） and Mg-8Gd-0.5Zr-5Ag （C， D） alloys

图8 （A） 4种合金的真实应力-应变曲线图和（B） 4种合金的力学性能柱状图

Fig.8 （A） True stress-strain curves obtained from tensile testing at room temperature and （B） comparative bar charts showing yield strength （YS）， ultimate tensile strength （UTS）， and elongation to failure （EL）

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