蔚曉嘉，劉邱祖，韓世平

(太原理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，太原 030024)

熱處理對(duì)Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr合金組織和力學(xué)性能的影響

蔚曉嘉，劉邱祖，韓世平

(太原理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，太原 030024)

通過OM、XRD、TEM、SEM和電子拉力試驗(yàn)機(jī)等，研究了固溶和時(shí)效處理對(duì)Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)合金顯微組織和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：合金鑄態(tài)組織由α-Mg 基體和含Mg5Gd相、Mg12Nd 相的粗大枝晶組成，經(jīng)過熱處理后，合金中方塊狀顆粒相明顯增多，且分布在晶界處；固溶時(shí)效態(tài)合金析出的納米尺寸方塊相可有效強(qiáng)化合金。時(shí)效態(tài)合金中β′析出相形態(tài)類似多個(gè)紡錘形相連接而成，相互之間的夾角呈120°，且具有周期結(jié)構(gòu)。鑄態(tài)、固溶態(tài)和時(shí)效態(tài)合金在不同狀態(tài)下的室溫拉伸強(qiáng)度分別為：189.3、 201.4和251.1MPa。

Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr合金；熱處理；顯微組織；力學(xué)性能

隨著航天技術(shù)的廣泛發(fā)展，對(duì)具有高溫高力學(xué)性能的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的需求已經(jīng)顯得非常迫切，Mg-RE合金因具有獨(dú)特優(yōu)勢得到廣泛的應(yīng)用。眾所周知，在合金液中加入適量的稀土元素能夠有利地改善其微觀組織以及宏觀力學(xué)特性，尤其是在抗氧化和蠕變等方面，因此對(duì)稀土元素在Mg-RE合金中的應(yīng)用研究備受學(xué)者的關(guān)注[1-5]。Gd在Mg-RE液態(tài)合金中具有較高的固溶度，且其固溶度能夠隨溫度的降低快速減小，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)態(tài)合金的固溶強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化作用，因此被認(rèn)為是提高鎂合金性能的典型稀土元素[6-7]。FRONZI等[8]的研究表明，稀土元素Nd與Mg-RE液態(tài)合金作用形成的Mg12Nd相具有較高的硬度和熔點(diǎn)，尤其是在Mg-Gd合金中能夠有效地提高力學(xué)強(qiáng)度和抗蠕變性能。MOKDAD等[9]的研究表明，Zr作為一種晶粒細(xì)化劑，能夠有效地阻礙位錯(cuò)移動(dòng)和晶粒長大，進(jìn)而提高鎂合金的力學(xué)性能。

在對(duì)高性能鎂合金的探索和開發(fā)中，由于Mg-Gd系合金的固溶體具有典型的時(shí)效強(qiáng)化特征，研究者往往通過熱處理使鎂合金的性能達(dá)到應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)[10]。大量研究表明，Mg-Gd、Mg-Gd-Nd等合金系時(shí)效析出序列為：SSSS(α-Mg過飽和固溶體)→GP區(qū)→β″(D019)→β′(CBCO)→β1(FCC)→β(FCC)。Mg-Gd系合金時(shí)效初期β″(Mg3Gd)相與β′(Mg7Gd)相共存于鎂基體中，兩者呈120°夾角且以紡錘狀均勻分布[11-12]。該相對(duì)應(yīng)于合金的時(shí)效硬化峰值，而且能在較大的溫度范圍內(nèi)存在，具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，是合金顯著強(qiáng)化、抗蠕變性能提高的一個(gè)主要因素。

本文作者在相關(guān)文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上，探討Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr合金固溶時(shí)效處理對(duì)其顯微組織和力學(xué)性能的影響，為研發(fā)高性能鎂合金提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原材料：純鎂錠(99.95%)和中間合金Mg-30Gd、Mg-25Nd、Mg-25Zr，配料前要把原材料在裝爐前進(jìn)行烘干處理，以保證后續(xù)的配量精度；配料時(shí)考慮合金燒損率對(duì)各合金元素增配一定值。把感應(yīng)爐中熔煉后的合金進(jìn)行在1%SF6+99%CO2(體積分?jǐn)?shù))混合氣體保護(hù)環(huán)境下進(jìn)行澆注處理，進(jìn)而把熔化后合金持續(xù)升溫至710 ℃，并保溫10 min，然后澆注進(jìn)入預(yù)熱溫度250 ℃的模具中。澆注成型后在鎂合金鑄錠表面噴灑一層MgO粉，然后通過箱式爐對(duì)其進(jìn)行固溶(525 ℃，8 h)和時(shí)效(225 ℃，16 h)處理。

利用高精密的Olympus光學(xué)顯微鏡、JSM-5610LV型掃描電鏡(SEM)、JEM-2100型高分辨透射電鏡(HRTEM)進(jìn)行觀察和分析顯微組織測試和分析。通過截線法測量試樣的室溫拉伸斷口形貌的晶粒尺寸，并在掃描電鏡自帶的能譜儀(EDS)進(jìn)行微區(qū)成分分析，同時(shí)采用D8Advance型X射線衍射儀(XRD)對(duì)試樣進(jìn)行物相分析。相關(guān)試樣的拉伸試驗(yàn)在島津AG-I250kN型精密萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，拉伸試驗(yàn)過程中速度設(shè)定為1 mm/min。

2 結(jié)果與分析

2.1 合金的顯微組織

圖1所示為Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr為合金的顯微組織。鑄態(tài)合金組織主要由α-Mg基體和共晶相組成，枝狀共晶相沿晶界呈斷續(xù)網(wǎng)狀分布，合金平均晶粒尺寸約為52 μm(見圖1(a))。由于金屬模凝固過程中冷卻速度較快，合金初生枝晶一旦形成還來不及長大，溫度就降到了共晶反應(yīng)溫度，初生枝晶間的液相開始發(fā)生共晶反應(yīng)，形成共晶相，此時(shí)液相含量很多，共晶相含量較大，形成了斷續(xù)網(wǎng)狀分布。固溶態(tài)合金組織由α-Mg基體和少量沿著晶界分布的塊狀或長條不規(guī)則形狀未溶相組成，網(wǎng)狀枝晶化合物得到逐步消失(見圖1(b))。時(shí)效態(tài)合金組織出現(xiàn)了部分孿晶，并且有塊狀、顆粒狀析出相分布在晶界、晶內(nèi)，經(jīng)測量，固溶時(shí)效后的晶粒平均尺寸為64 μm(見圖1(c))。

圖2所示為Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr合金的XRD譜。由圖2可知：鑄態(tài)組織包括α-Mg基體、Mg5Gd相和Mg12Nd相。共晶相可看作準(zhǔn)二元共晶反應(yīng)(L-Mg→α-Mg+β-(Mg5Gd+Mg12Nd))的產(chǎn)物。說明鑄態(tài)Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr合金的XRD衍射峰來自α-Mg基體和β-(Mg5Gd+Mg12Nd)相。隨著固溶過程的進(jìn)行，共晶相逐漸溶解。經(jīng)過固溶處理后，Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr合金中的共晶相基本溶入鎂基體之中，殘留共晶相的XRD 衍射峰已不明顯。時(shí)效態(tài)合金的衍射峰發(fā)生明顯變化，除α-Mg基體和方塊相衍射峰以外，幾乎沒有其他相的衍射峰。

圖3所示為Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr為合金組織的SEM像。粗大的鑄態(tài)枝晶，沿著晶界分布(見圖3(a))；固溶態(tài)合金中顆粒狀未溶相，少數(shù)呈小方塊狀分布在晶界和晶界附近(見圖3(b))；時(shí)效態(tài)析出物中方塊狀顆粒明顯增多，沿著晶界分布(見圖3(c))。合金經(jīng)過T6 處理后，Mg5Gd 相在晶界附近再次析出，形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉綁K顆粒狀，而Mg12Nd 相的析出方式?jīng)]有改變，同樣為在晶界上形成的顆粒狀。這說明固溶處理后溶解于鎂基體內(nèi)的β相在時(shí)效時(shí)重新析出。由于過飽和Gd 原子脫溶方式的改變以及Gd 原子擴(kuò)散速率的增大，使得β相由鑄態(tài)時(shí)的樹枝狀轉(zhuǎn)變?yōu)闊崽幚砗蟮念w粒狀。

Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr合金經(jīng)過固溶時(shí)效處理后，合金晶界和晶內(nèi)均有一些白色顆粒，通過SEM可清晰的看到這些白色顆粒呈方塊相(見圖3(c))，將其中一個(gè)方塊相單獨(dú)放大來進(jìn)行分析，如圖4所示。根據(jù)EDS分析，確定這些方塊相為富Gd的化合物，同時(shí)含有部分的Nd，且Gd 含量超過70%。合金經(jīng)過固溶時(shí)效處理后，共晶相幾乎都溶入α-Mg基體，但合金中的方塊相卻明顯增多并且有長大的現(xiàn)象。這些方塊相可能來源于兩個(gè)方面：一是少量的方塊相在合金鑄造過程中已經(jīng)形成，由于其熱穩(wěn)定性好，在固溶時(shí)效處理過程中沒有溶入α-Mg基體，而保留下來，同時(shí)共晶化合物中稀土原子向塊狀相擴(kuò)散，使方塊相長大；二是固溶過程中，稀土元素Gd和Nd與元素Mg及Zr進(jìn)行重新組合，形成新的方塊相，因此方塊相的數(shù)量增加了。

圖1 Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr合金顯微組織Fig. 1 Microstructures of Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr alloy: (a) As-cast; (b) Solid solution state; (c) Aging state

圖2 Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr合金的XRD譜Fig. 2 XRD patterns of Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr alloy: (a) As-cast; (b) Solid solution state; (c) Aging state

研究發(fā)現(xiàn)，其他Mg-RE合金中也存在類似的方塊相，MOVAHEDI等[13]對(duì)WNG421合金中的方塊相研究發(fā)現(xiàn)，該方塊相可能為富Y、Gd和Nd的鎂固溶體，且為面心立方(FCC)結(jié)構(gòu)，點(diǎn)整常數(shù)a=0.56 nm。此方塊相形狀特殊，聚集后容易造成應(yīng)力集中，萌發(fā)裂紋，從而影響合金的強(qiáng)度和塑性。另外，此方塊相中稀土含量很高，在時(shí)效過程中會(huì)減少析出相的含量，使析出強(qiáng)化作用減弱。目前，還沒有關(guān)于方塊相對(duì)合金的力學(xué)性能影響的確切結(jié)論。

圖5所示為合金組織的TEM明場像及選區(qū)電子衍射像。圖5(a)所示為合金鑄態(tài)枝狀共晶相的一部分，呈柱棒狀，尺寸為微米級(jí)。在入射角為時(shí)，晶粒內(nèi)β相呈枝狀型態(tài)(見圖5(a′))。圖5 (b)所示為固溶態(tài)的合金組織，絕大部分第二相(尤其是晶界相)已固溶于鎂基體中，且沒有新相產(chǎn)生。未溶相呈顆粒狀彌散分布在合金晶內(nèi)與晶界。入射方向?yàn)榈倪x區(qū)電子衍射譜，分析顆粒狀相主要是Mg和Gd合金互相作用的生成相(見圖5(b′))。通過固溶處理之后，Mg5Gd和Mg12Nd相已固溶于鎂基體內(nèi)，而具有較高轉(zhuǎn)變溫度的Mg3Gd和Mg41Nd在此固溶工藝條件下難于發(fā)生轉(zhuǎn)變。圖5(c)所示為時(shí)效態(tài)合金組織，合金經(jīng)過時(shí)效后，大量顆粒狀及方塊狀的析出相彌散分布，尺寸為納米級(jí)。納米級(jí)析出相的脫溶析出有效強(qiáng)化合金，提高合金的耐蝕性能。圖5(c′)所示為入射方向?yàn)榈倪x區(qū)電子衍射譜，圖中出現(xiàn)的小斑點(diǎn)在的位置。因?yàn)镸g-Gd系合金中的β′相具有底心正交結(jié)構(gòu)，可以判定選區(qū)中的電子衍射斑點(diǎn)符合、

圖6所示為Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr合金入射方向?yàn)閇0001]α?xí)r的TEM形貌及選區(qū)電子衍射分析圖，圖6(b)中有小斑點(diǎn)在1/4{—1010}α、1/2{—1010}α和3/4{—1010}α位置出現(xiàn)，經(jīng)計(jì)算確定為β′相。由此可知：β′相形狀為多個(gè)類似紡錘形結(jié)構(gòu)單元相互聯(lián)結(jié)而成，相互間夾角為120°，圖中顯示的衍射斑點(diǎn)是由α-Mg基體和3種具有固定位向關(guān)系的β′相衍射斑點(diǎn)組成，符合文獻(xiàn)[14-16]所述的Mg-Gd 系合金β′相和α相的晶體學(xué)位向關(guān)系。

圖7(a)所示為時(shí)效態(tài)合金的TEM高分辨像。通過對(duì)圖7(a)中A和B兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行傅立葉變換處理，得到選區(qū)衍射斑點(diǎn)圖如圖7(b)所示。由此可知，衍射斑點(diǎn)特征明顯符合圖6(b)所示β'析出相與α相的位向關(guān)系，在此位向下，β'相具有周期結(jié)構(gòu)。

圖3 合金的SEM像Fig. 3 SEM images of Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr alloy: (a) As-cast; (b) Solid solution state; (c) Aging state

圖4 方塊相形貌和能譜分析Fig. 4 SEM image (a) and EDX spectrum (b) of cuboidal particle

圖5 合金的TEM像及選區(qū)電子衍射譜Fig. 5 TEM images and SAED patterns of Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr alloy: (a), (a′) As-cast; (b) , (b′) Solid solution state; (c) , (c′) Aging state

2.2 合金的力學(xué)性能及強(qiáng)化機(jī)理

表1所列為不同狀態(tài)的Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr合金在室溫下的拉伸試驗(yàn)結(jié)果。由表可知：合金的抗拉強(qiáng)度經(jīng)過固溶態(tài)處理后略有增大，提高了6.4%，而經(jīng)過時(shí)效處理后則顯著提高了32.6%，這說明該合金具有良好的時(shí)效強(qiáng)化效果。合金的屈服強(qiáng)度和伸長率在固溶態(tài)經(jīng)過時(shí)效處理后有明顯上升趨勢。

一般來說，鎂合金的力學(xué)性能與微觀組織的均勻性和強(qiáng)化相的數(shù)量及分布情況有密切關(guān)系。對(duì)于Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr合金而，而強(qiáng)化機(jī)理如下：

圖6 時(shí)效態(tài)合金的TEM明場像及選區(qū)電子衍射譜Fig. 6 Bright-field TEM image (a) and SAED pattern (b) of aged alloy

圖7 時(shí)效態(tài)合金高分辨圖像及傅立葉變換譜Fig. 7 HRTEM images (a) and Fourier transform spectrum (b) of aged alloy

表1 合金室溫下的力學(xué)性能Table 1 Mechanical properties of alloy at room temperature

1) 金屬間化合物Mg5Gd和Mg12Nd具有較高的硬度和熱穩(wěn)定性，這對(duì)增加材料的室溫和高溫力學(xué)性能及熱穩(wěn)定性有積極作用。

2) 經(jīng)熱處理后的合金內(nèi)部組織均勻、晶粒細(xì)化，析出的方塊狀顆粒相彌散度較高，可以有效地阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，這為材料的細(xì)晶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化提供了重要途徑。

3) 稀土元素Gd原子半徑(r(Gd)=0.18 nm)較大，能明顯提高合金元素的固溶強(qiáng)化效果。合金在凝固時(shí)易形成過飽和固溶體，經(jīng)過時(shí)效處理后，合金內(nèi)析出均勻分布的強(qiáng)化相，與鎂基體呈共格關(guān)系[17-18]，相當(dāng)于在較軟的鎂基體上嵌入一些不規(guī)則的方塊狀的硬質(zhì)顆粒。在拉伸載荷的作用下，這些位向各異的硬質(zhì)顆粒將發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)來協(xié)調(diào)變形，從而使晶粒內(nèi)部產(chǎn)生新的位錯(cuò)；繼續(xù)施加載荷，位錯(cuò)開始移動(dòng)，當(dāng)位錯(cuò)移動(dòng)到析出相界面時(shí)會(huì)產(chǎn)生位錯(cuò)塞積，造成應(yīng)力集中效應(yīng)；當(dāng)應(yīng)力集中達(dá)到析出相的強(qiáng)度極限時(shí)，析出相將會(huì)開裂。顯然，這種硬質(zhì)顆粒的阻礙作用會(huì)隨著析出相的數(shù)量增多而增大，雖然會(huì)在一定程度上提高合金強(qiáng)度，但會(huì)對(duì)基體造成一定的割裂損傷，進(jìn)而降低合金塑性，這與拉伸力學(xué)性能測試得到的結(jié)果一致。

3 結(jié)論

1) Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr合金鑄態(tài)組織呈現(xiàn)粗大枝狀晶，且呈斷續(xù)網(wǎng)狀分布，經(jīng)固溶處理后大部分枝晶溶入鎂基體，只有少量顆粒、方塊狀相未溶，再經(jīng)過時(shí)效處理后方塊相有逐步長大趨勢，尤其是晶界處方塊相的數(shù)量顯增多。

2) XRD分析得到Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr合金的物相包括：鑄態(tài)有α-Mg、Mg5Gd相和Mg12Nd 相，固溶態(tài)有α-Mg、Mg5Gd和方塊相，時(shí)效態(tài)只有α-Mg和方塊相。經(jīng)TEM和選區(qū)電子衍射分析確定β'析出相形態(tài)類似多個(gè)紡錘形結(jié)構(gòu)相連接，具有相互間夾角為120°的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

3) Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr合金經(jīng)過固溶時(shí)效處理后，力學(xué)性能有明顯改善，鑄態(tài)、固溶態(tài)和時(shí)效態(tài)合金的室溫拉伸強(qiáng)度分別為189.3、201.4和251.1 MPa，合金的固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化效果明顯。

REFERENCES

[1] 付三玲, 李全安, 井曉天, 張 清, 陳 君, 李克杰. 熱處理對(duì)Mg-12Gd-2Y-0.5Sm-0.5Sb-0.5Zr顯微組織的影響[J]. 材料熱處理學(xué)報(bào), 2014, 35(4): 47-52. FU San-ling, LI Quan-an, JING Xiao-tian, ZHANG Qing, CHEN Jun, LI Ke-jie. Effects of heat treatment on microstructure of Mg-12Gd-2Y-0.5Sm-0.5Sb-0.5Zr alloy[J]. Transaction of Materials and Heat Treatment, 2014, 35(4): 47-52.

[2] 袁武華, 齊 欣, 黃巧玲. 軋制工藝對(duì)Mg-10Gd-4.8Y-0.4Zr合金顯微組織和力學(xué)性能的影響[J]. 中國有色金屬學(xué)報(bào), 2013, 23(12): 3275-3281. YUAN Wu-hua, QI Xing, HUANG Qiao-king. Effect of rolling process on microstructure and mechanical properties of Mg-10Gd-4.8Y-0.4Zr alloy[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2013, 23(12): 3275-3281.

[3] WANG Jiao-jiao, PHILLION A.B, LU Gui-ming. Development of a viscoplastic constitutive modeling for thixoforming of 6061 in semi-solid state[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2014, 609: 290-295.

[4] WANG Jiao-jiao, SHANG Shu-zhen, LU Gui-ming. Viscosity estimation of semi-solid alloys based on thermal simulation compression tests[J]. International Journal of Materials Research, 2013, 104(3): 255-259.

[5] LI Quan-an, LI Ke-jie, ZHANG Qing. Effects of Sm on microstructure and mechanical properties of aged Mg-12Gd-2Y-0.5Zr alloy[J]. Transaction of Materials and Heat Treatment, 2011, 32(12): 84-90.

[6] 湯伊金, 章楨彥, 靳 麗, 董 杰, 丁文江. Mg-Gd系合金時(shí)效析出研究進(jìn)展[J]. 中國有色金屬學(xué)報(bào), 2014, 24(1): 8-24. TANG Yi-jing, ZHANG Zhen-yan, JIN Li, DONG Jie, DING Wen-jiang. Research process on aging precipitation of Mg-Gd alloys[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2014, 24(1): 8-24.

[7] XIA Xiang-sheng, CHEN Qiang, ZHAO Zu-de, MA Ming-long, LI Xing-gang, ZHANG Kui. Microstructure, texture and mechanical properties of coarse-grained Mg-Gd-Y-Nd-Zr alloy processed by multidirectional forging[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2015, 623: 62-68.

[8] FRONZI M, KIMIZUKA H, OGATA S. Atomistic investigation of vacancy assisted diffusion mechanism in Mg ternary (Mg-RE-M) alloys[J]. Computational Materials Science, 2015, 98: 76-82.

[9] MOKDAD F, CHEN D L. Strain-controlled low cycle fatigue properties of a rare-earth containing ZEK100 magnesium alloy[J]. Materials & Design, 2015, 67: 436-447.

[10] 李全安, 李克杰, 張 清. Sm對(duì)時(shí)效Mg-12Gd-2Y-0.5Zr alloy合金組織和力學(xué)性能的影響[J]. 材料熱處理學(xué)報(bào), 2011, 32(12): 84-90. LI Quan-an, LI Ke-jie, ZHANG Qing. Effects of Sm on microstructure and mechanical properties of aged Mg-12Gd-2Y-0.5Zr alloy[J]. Transaction of Materials and Heat Treatment, 2011, 32(12): 84-90.

[11] 李克杰, 李全安. Sm和Sb對(duì)時(shí)效態(tài) Mg-12Gd-2Y-0.5Zr 合金組織與力學(xué)性能的影響[J]. 材料熱處理學(xué)報(bào), 2011, 32(5): 110-115. LI Ke-jie, LI Quan-an. Effects of addition of Sm and Sb on microstructure and mechanical properties of aged Mg-12Gd-2Y-0.5Zr alloy[J]. Transaction of Materials and Heat Treatment, 2011, 32(5): 110-115.

[12] 肖宏超, 劉楚明, 徐 璐, 王 瀟, 萬迎春. Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr鎂合金熱變形行為與加工圖[J]. 中國有色金屬學(xué)報(bào), 2013, 23(2): 3011-3016. XIAO Hong-chao, LIU Chu-ming, XU Lu, WANG Xiao, WAN Ying-chun. Deformation behavior and processing map of Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr magnesium alloy[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2013, 23(2): 3011-3016.

[13] MOVAHEDI A R, MAHMUDI R, JAFARI NODOOSHAN H R. Enhanced superplasticity in an extruded high strength Mg-Gd-Y-Zr alloy with Ag addition[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2015, 626: 309-313.

[14] 付三玲, 李全安, 井曉天, 陳 君.熱處理對(duì)Mg-12Gd-3Y-Sm-0.5Zr合金組織和性能的影響[J]. 材料熱處理學(xué)報(bào), 2014, 35(5): 44-48. FU San-ling, LI Quan-an, JING Xiao-tian, CHEN Jun. Effects of heat treatment on microstructure and properties of Mg-12Gd-3Y-Sm-0.5Zr alloy[J]. Transaction of Materials and Heat Treatment, 2014, 35(5): 44-48.

[15] GUO Yong-chun, LI Jian-ping, LI Jin-shan, ZHANG Jiao. Mg-Gd-Y system phase diagram calculation and experimental clarification[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2008, 450(1/2): 446-451.

[16] ZHANG Zhen-yan, PENG Li-ming, ZENG Xiao-qin.Characterization of phases in a Mg-6Gd-4Sm-0.4Zr (wt.%) alloy during solution treatment[J]. Mater Charact, 2009, 60(6): 555-559.

[17] ROKHLIN L L, DOBATKINA T V, NIKITINA N I. Constitution and properties of the ternary magnesium alloys containing two rare-earth metals of different subgroups[J]. Materials Science Forum, 2003, 419/422(1): 291-296.

[18] WU Luo-yi, YANG Zhong. Oxidation behaviour of Mg-2.1Gd-1.1Y-0.82Zn-0.11Zr alloy at high temperatures[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2015, 626: 194-202.

Effects of heat treatment on microstructure and mechanical properties of Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr alloy

WEI Xiao-jia, LIU Qiu-zu, HAN Shi-ping
(College of Mechanical Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)

Microstructure and mechanical properties of Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr (mass fraction, %) alloy after solid solution and aging treatment were studied by OM, XRD, TEM, SEM and tensile experiment. The results show that the microstructure of as-cast alloy is composed of α-Mg matrix and crystal containing Mg5Gd and Mg12Nd phases. After heat treatment, more cuboid-shaped particles are founded. The nanoscale stripe phase is precipitated out, and the alloy is strengthened effectively. The β' phase of aged alloy is multiple spindle with periodic structure, and the mutual angle is 120°. The tensile strength of the alloy are 189.3MPa (as-cast), 201.4 MPa (solid solution state) and 251.1 MPa (aging state), respectively.

Mg-8Gd-2.5Nd-0.5Zr alloy; heat treatment; microstructure; mechanical property

WEI Xiao-jia; Tel: +86-351-6010010；E-mail：wswang222@126.com

TG146.2

A

1004-0609(2017)-01-0082-07

Foundation item： Project (20140321014-02) supported by the Natural Science Foundation of Shanxi Province

(編輯 何學(xué)鋒)

山西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(20140321014-02)

2015-11-01；

2016-06-01

蔚曉嘉，副教授，博士；電話：0351-6010010；E-mail：wswang222@126.com

Received date： 2015-11-01; Accepted date： 2016-06-01