李康寧，張英波，汪煜凡，姚丹丹

（西南交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，成都610031）

擠壓Mg-4.5Zn-0.75Y合金的熱變形行為

李康寧，張英波，汪煜凡，姚丹丹

（西南交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，成都610031）

為了研究只含準(zhǔn)晶相Mg-Zn-Y合金的高溫力學(xué)性能并獲得其較優(yōu)的加工參數(shù)，本文首先制備了含有I-Phase的擠壓Mg-4.5Zn-0.75Y（原子數(shù)分?jǐn)?shù)/%，下同）合金，并在Gleeble-3500熱/力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)上對其高溫變形行為進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)溫度為300、350、400℃，應(yīng)變速率為0.01、0.1、1 s-1.在此基礎(chǔ)上，建立了該合金的流變應(yīng)力本構(gòu)方程及DMM加工圖，并結(jié)合壓縮后的顯微組織制定較優(yōu)的加工工藝參數(shù).結(jié)果表明：應(yīng)變速率和加工溫度對流變應(yīng)力有顯著的影響；擠壓Mg-4.5Zn-0.75Y合金的平均變形激活能和應(yīng)力指數(shù)分別為107.95 kJ/mol和3.996 6；擠壓Mg-4.5Zn-0.75Y合金具有較好的熱塑性，在實(shí)驗(yàn)條件下并沒有發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，說明準(zhǔn)晶相的存在提高了合金的變形能力；壓縮后的顯微組織顯示，當(dāng)溫度為300～350℃、應(yīng)變速率0.1～1 s-1時(shí)，合金壓縮后為均勻細(xì)小的等軸晶；綜合Mg-4.5Zn-0.75Y合金的加工圖與壓縮后的顯微組織圖，確定了該合金熱加工的較優(yōu)工藝參數(shù)為：θ＝300～350℃；＝0.1～1 s-1.

Mg-Zn-Y合金；高溫壓縮；本構(gòu)方程；加工圖；顯微組織

隨著能源緊張和環(huán)境問題越來越突出，輕質(zhì)、環(huán)保、綠色無污染成為材料研究的重要方向.鎂合金是目前應(yīng)用的金屬結(jié)構(gòu)材料中最輕的一類，因其具有較小的密度、較高的比強(qiáng)度和比剛度、優(yōu)異的減震性能、散熱性能和循環(huán)再利用性能等優(yōu)點(diǎn)成為各國科學(xué)家研究的重點(diǎn)，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”［1-2］.穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)晶材料具有高強(qiáng)度、高硬度等優(yōu)異的力學(xué)性能，因此將準(zhǔn)晶增強(qiáng)相引入到鎂合金中，提高鎂合金的力學(xué)性能，為新型鎂合金的開發(fā)和實(shí)際應(yīng)用提供了一種新途徑.

目前，準(zhǔn)晶材料主要作為表面改性材料或者將準(zhǔn)晶相作為增強(qiáng)相彌散分布于結(jié)構(gòu)材料中.張鑒等［3］研究了不同準(zhǔn)晶含量的Mg-Zn-Gd-Y合金的高溫?zé)釅嚎s變形行為，結(jié)果發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶不僅可以促進(jìn)合金的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶以及孿晶的出現(xiàn)，而且其含量越高，合金的高溫塑性變形能力越強(qiáng).Xia等［4］研究了擠壓 Mg-Zn-Y-Zr合金在 250～450℃、0.001～1 s-1條件下的高溫壓縮變形行為，確認(rèn)了其在該條件下的最佳變形參數(shù)，并在該條件下進(jìn)行了等溫鍛造測試，發(fā)現(xiàn)零件在時(shí)效處理后的抗拉強(qiáng)度達(dá)到 396 MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到356 MPa，這表現(xiàn)出富含準(zhǔn)晶鎂合金優(yōu)異的高溫力學(xué)性能.

Mg-Zn-RE（Zr）合金系中的Mg3Zn6RE準(zhǔn)晶既可以通過快速凝固等非平衡工藝生成，也可以在常規(guī)鑄造的緩慢凝固過程中生成.這種較低的生成條件為工業(yè)化生產(chǎn)提供了可能，現(xiàn)在我國已經(jīng)開發(fā)出準(zhǔn)晶增強(qiáng)的高強(qiáng)Mg-Zn-Zr-RE系合金［5］.基于對該系合金基本性能的研究，為排除Zr元素的影響，本文以擠壓Mg-4.5Zn-0.75Y合金為研究對象，利用Gleeble-3500熱/力模擬機(jī)對其高溫流動(dòng)特性進(jìn)行研究，同時(shí)，利用建立的Mg-4.5Zn-0.75Y合金的DMM（Dynamic Material Modeling）加工圖分析其變形及失穩(wěn)機(jī)制，并結(jié)合不同加工工藝參數(shù)下合金的顯微組織，確定較優(yōu)的變形參數(shù)，為該合金的進(jìn)一步研究奠定基礎(chǔ).

1 實(shí) 驗(yàn)

將Φ10 mm×15 mm的擠壓Mg-4.5Zn-0.75Y合金圓柱試樣在Gleeble-3500熱/力模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行軸對稱壓縮試驗(yàn)，應(yīng)變速率為0.01、0.1、1 s-1，溫度設(shè)定為300、350、400℃.以3℃/s的加熱速率將試樣加熱至預(yù)設(shè)溫度，保溫3 min以消除試樣內(nèi)部的溫度差，隨后開始等溫壓縮試驗(yàn)，然后立即水淬.

將壓縮后的試樣沿壓縮方向切開，隨后依次進(jìn)行砂紙打磨、拋光及腐蝕處理（腐蝕劑：草酸＋硝酸＋乙酸溶液，腐蝕時(shí)間 15 s），最后在Zeiss Lab.A1蔡司光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行顯微組織觀察和拍照，并采用XRD技術(shù)測定材料的物相組成.

2 結(jié)果與討論

2.1 擠壓Mg-4.5Zn-0.75Y合金的顯微組織

圖1為擠壓Mg-4.5Zn-0.75Y合金的XRD譜圖，可以看出，合金物相由α-Mg基體和二十面體準(zhǔn)晶I-Phase組成.

圖2為擠壓Mg-4.5Zn-0.75Y合金的顯微組織照片，可以看出：擠壓Mg-4.5Zn-0.75Y合金中α-Mg基體晶粒大小不均，第二相析出并且不均勻地分布在基體中；沿?cái)D壓方向，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)條擠壓條帶，但晶粒并沒有被拉長的趨勢.

圖1 擠壓Mg-4.5Zn-0.75Y合金XRD譜圖Fig.1 XRD pattern of the extruded Mg-4.5Zn-0.75Y alloy

圖2 擠壓Mg-4.5Zn-0.75Y合金初始顯微組織Fig.2 Microstructures of as-extruded Mg-4.5Zn-0.75Y alloy：（a）transverse direction；（b）extrusion direction

2.2 擠壓Mg-4.5Zn-0.75Y合金的流變應(yīng)力行為與顯微組織

圖3為不同應(yīng)變速率下Mg-4.5Zn-0.75Y合金的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線，圖4為與之對應(yīng)的不同變形條件下Mg-4.5Zn-0.75Y合金沿壓縮方向的顯微組織照片.由圖3可知，Mg-4.5Zn-0.75Y合金高溫塑性變形時(shí)，其流變應(yīng)力均隨著熱變形溫度的降低和應(yīng)變速率的升高而增加，說明該合金是正應(yīng)變速率敏感材料.

圖3 不同應(yīng)變速率下Mg-4.5Zn-0.75Y合金的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線Fig.3 True stress-true strain curves of Mg-4.5Zn-0.75Y alloy at different conditions：（a）＝0.01 s-1；（b）＝0.1 s-1；（c）＝1 s-1

與圖2（b）對比可以發(fā)現(xiàn)，圖4顯示的組織中均不存在擠壓條帶，仔細(xì)對比壓縮前后的晶?？梢园l(fā)現(xiàn)，在θ＝300～350℃、＝0.1～1 s-1時(shí)晶粒得到明顯的細(xì)化，而在其他條件下晶粒細(xì)化并不明顯，這說明合金在高溫變形過程中發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，但是當(dāng)溫度較高、應(yīng)變速率較小時(shí)，晶粒有足夠的時(shí)間長大，因此該條件下晶粒大小變化不明顯.再由圖3可見，真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線為光滑曲線，并且顯示為單值峰應(yīng)力，隨后有一個(gè)穩(wěn)態(tài)過程，說明這是一個(gè)典型的連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程.流變應(yīng)力的總體變化規(guī)律大致如下：在變形初期，流變應(yīng)力隨真應(yīng)變的增加迅速上升，這一階段合金內(nèi)位錯(cuò)數(shù)量逐漸增多，導(dǎo)致加工硬化占主導(dǎo)，流變應(yīng)力大幅增加，而且應(yīng)變速率越大，合金試樣變形越劇烈，產(chǎn)生的位錯(cuò)越多，加工硬化現(xiàn)象越明顯.

圖4 擠壓Mg-4.5Zn-0.75Y合金在不同變形條件下沿壓縮方向的顯微組織Fig.4 Microstructures along extrusion direction of the extruded Mg-4.5Zn-0.75Y alloy at different hot compression deformation param-eters：（a）300℃/0.01 s-1；（b）300℃/0.1 s-1；（c）300℃/1 s-1；（d）350℃/0.01 s-1；（e）350℃/0.1 s-1；（f）350℃/1 s-1；（g）400℃/0.01 s-1；（h）400℃/0.1 s-1；（i）400℃/1 s-1

由圖3還可以看出，當(dāng)溫度一定時(shí)，峰值應(yīng)力隨應(yīng)變速率的增加而升高（如θ＝300℃時(shí)，當(dāng)應(yīng)變速率從 0.01 s-1上升至 1 s-1時(shí)，峰值應(yīng)力由51 MPa上升至131 MPa）.此外，過多的位錯(cuò)在高應(yīng)變速率下來不及抵消和合并，使得再結(jié)晶形核位置增多，導(dǎo)致晶粒細(xì)化，如圖4所示.隨著變形的進(jìn)一步進(jìn)行，流變應(yīng)力達(dá)到一峰值，此時(shí)加工硬化與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶造成的軟化達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡.隨后，流變應(yīng)力的變化可以分為兩類：1）溫度較低時(shí)，隨著真應(yīng)變的繼續(xù)增加，流變應(yīng)力緩慢下降至一穩(wěn)定值（例如圖3（c），當(dāng)θ＝300℃時(shí)，流變應(yīng)力由峰值113 MPa下降至90 MPa）；2）在溫度較高時(shí)，真應(yīng)力在上升到峰值后，基本保持不變（例如圖3（c），當(dāng)θ＝400℃時(shí)，流變應(yīng)力保持為峰值的65 MPa）.

上述情況的出現(xiàn)是因?yàn)樽冃螠囟仁怯绊戞V合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的主要因素之一.溫度較低時(shí)，隨著真應(yīng)變的繼續(xù)增加，加工硬化逐漸被動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的軟化作用抵消，流變應(yīng)力逐漸下降并最終保持不變；當(dāng)溫度升高時(shí)，晶界擴(kuò)散和晶界遷移能力增強(qiáng)，促使變形中的位錯(cuò)重新調(diào)整，有利于異號位錯(cuò)的合并和位錯(cuò)密度的降低，從而促進(jìn)了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的進(jìn)行以及再結(jié)晶晶粒的長大［6］（例如 ε·＝0.01 s-1時(shí)，溫度從 300℃升到 400℃，晶粒由4 μm長大至9 μm），使得位錯(cuò)數(shù)量的增加所造成的加工硬化對流變應(yīng)力的影響還沒有達(dá)到一個(gè)更大值時(shí)，便與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶造成的軟化達(dá)到平衡，且維持在這一平衡，使得流變應(yīng)力達(dá)到峰值后即保持不變.

2.3 準(zhǔn)晶對Mg-4.5Zn-0.75Y合金塑性變形行為的影響

研究發(fā)現(xiàn)［7-8］，Mg-Zn-RE合金中生成的準(zhǔn)晶相與基體存在半共格關(guān)系，而且在塑性變形過程中該位相關(guān)系保持不變，這種良好的匹配關(guān)系使合金在變形時(shí)不會(huì)在界面處產(chǎn)生微裂紋而導(dǎo)致材料破裂，從而使合金表現(xiàn)出很好的變形能力.圖5為Mg-4.5Zn-0.75Y合金在300℃、應(yīng)變速率1 s-1時(shí)的掃描照片.由圖5（a）可以看出，該合金在應(yīng)變達(dá)到1.2時(shí)，仍然沒有微裂紋與空洞的產(chǎn)生，表現(xiàn)出該合金優(yōu)異的變形能力.

鎂合金由于較低的層錯(cuò)能而在熱變形過程中容易發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，準(zhǔn)晶相的存在則會(huì)促進(jìn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的進(jìn)行.一方面，準(zhǔn)晶相高溫穩(wěn)定性較好，由圖5（b）可以看出，高溫壓縮后準(zhǔn)晶顆粒并沒有長大，因此可為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶提供更多的形核粒子；另一方面，相比于W（Mg3Zn3Y2）相，連貫的準(zhǔn)晶相粒子可以提供更大的釘扎力，從而促進(jìn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的進(jìn)行.因此，準(zhǔn)晶的存在可以提高鎂合金的塑性變形能力，而且 Kwak等［9］和張鑒等［3］的研究都表明，高準(zhǔn)晶含量的合金能夠表現(xiàn)出更好的高溫塑性變形能力.

圖5 擠壓Mg-4.5Zn-0.75Y合金在300℃，應(yīng)變速率為1 s-1壓縮后的掃描照片F(xiàn)ig.5 Typical microstructures of the Mg-4.5Zn-0.75Y alloy deformed at 300℃/1 s-1：（a）lower and（b）higher magnifications

2.4 擠壓態(tài)Mg-4.5Zn-0.75Y合金的本構(gòu)方程

對于鎂合金的高溫壓縮試驗(yàn)，大部分研究人員采用Zener-Hollomon模型［10］來描述鎂合金熱變形過程中穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力與變形溫度和應(yīng)變速率之間的關(guān)系，即：

當(dāng)應(yīng)力水平較低時(shí)（ασ＜0.8），用冪指數(shù)模型描為

當(dāng)應(yīng)力水平較高時(shí)（ασ＞1.2），用指數(shù)模型描述為

而以上兩種模型在應(yīng)用上都具有一定的局限性.Sellars和Tegar根據(jù)材料熱變形過程和蠕變過程的相似性，用包含熱變形激活能Q的Arrhenius關(guān)系來描述材料熱變形過程中穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力與變形溫度和應(yīng)變速率之間的關(guān)系，即為廣泛應(yīng)用的雙曲正弦模型［11］：

式中：A1、A2、β均為常數(shù)；A為結(jié)構(gòu)因子，s-1；n為應(yīng)力指數(shù)；n′是與材料有關(guān)的常數(shù)；α為應(yīng)力水平參數(shù)（mm2/N），α＝β/n′；Q為鎂的變形激活能（kJ/mol），它反映材料熱變形的難易程度；R為氣體常數(shù)，8.314 J/mol；T為熱力學(xué)常數(shù)，K.

表1為Mg-4.5Zn-0.75Y合金在不同變形條件下對應(yīng)的峰值應(yīng)力和峰值應(yīng)變，對式（1）和（2）兩邊分別取對數(shù)，并假定變形激活能與變形溫度無關(guān)，式中除了和σ都是常數(shù)，可以得到［12］：

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，分別作出ln（）-lnσ和ln（）-σ曲線，如圖6（a）和6（b）所示.使用最小二乘法對圖中各點(diǎn)進(jìn)行線性回歸，得到每條線的斜率，再求平均值即可得到n′＝5.121 9和β＝0.091 2.根據(jù)系數(shù)α與n′和β的關(guān)系可得α＝0.017 8.

仍然假定變形激活能與變形溫度無關(guān)，對式（3）兩邊取對數(shù)得

兩邊進(jìn)行對數(shù)線性化處理，得到激活能的計(jì)算公式［13］

利用最小二乘法線性回歸到相應(yīng)的曲線，求得n1＝3.763 2和k＝3 450.403 4.故Q＝Rn1k＝8.314× 3.763 2×3.450 4 kJ/mol＝107.95 kJ/mol.

表1 Mg-4.5Zn-0.75Y合金在不同變形條件下對應(yīng)的峰值應(yīng)力和峰值應(yīng)變Table 1 Peak flow stresses of Mg-4.5Zn-0.75Y alloy at different temperatures and strain rates

圖6 線性關(guān)系擬合圖Fig.6 Linear relationship fitting

根據(jù)Zener-Hollomon模型中Z參數(shù)和流變應(yīng)力關(guān)系

對式（8）兩邊取對數(shù)，得

將表1中的數(shù)據(jù)代入式（8）和（9），并將圖中的點(diǎn)進(jìn)行線性回歸，得到ln Z和ln［sinh（ασ）］點(diǎn)狀圖，如圖7所示.直線的相關(guān)系數(shù)為0.997，n值即為斜線的斜率，n＝3.996 6.從圖7還可以得出直線的截距為19.240，即ln A＝19.240，因此A＝2.269×108.

將計(jì)算出的相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（3），得到Mg-4.5Zn-0.75Y合金實(shí)驗(yàn)條件下的本構(gòu)方程

圖7 ln Z和ln［sinh（ασ）］的線性擬合圖Fig.7 Linear relationship fitting of ln Z and ln［sinh（ασ）］

2.5 擠壓態(tài)Mg-4.5Zn-0.75Y合金的加工圖

本文采用基于動(dòng)態(tài)材料模型DMM的加工圖［14-16］，并依據(jù)加工圖判斷材料變形過程中的流變失穩(wěn)區(qū)，建立材料變形溫度和應(yīng)變速率最佳匹配的工藝參數(shù).

根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論，輸入系統(tǒng)的能量（P）由兩部分組成：耗散量（G）和耗散協(xié)量（J），其中，G是材料發(fā)生塑性變形所消耗的能量，其大部分能量轉(zhuǎn)化成了熱能，小部分以晶體缺陷能的形式存儲(chǔ)；J是材料變形過程中組織演化所耗的能量.這三者的關(guān)系為

假設(shè)材料符合本構(gòu)關(guān)系

那么耗散協(xié)量J則表示為

式中：k為材料常數(shù)；m為材料在一定應(yīng)力下的應(yīng)變速率敏感指數(shù)，為G和J兩種能量所占的比例，即

一般情況下，m值隨溫度和應(yīng)變速率呈非線性變化.當(dāng)m＝1時(shí)，材料處于理想線性耗散狀態(tài)，耗散協(xié)量J達(dá)到最大值Jmax：

由式（13）和（15）可以得到一個(gè)無量綱的參數(shù)η，稱為耗散效率因子，其物理意義是材料成形過程中顯微組織演變所耗散的能量同線性耗散能量的比例關(guān)系，其表達(dá)式為

根據(jù)計(jì)算出的η值在變形溫度（T）和應(yīng)變速率（ε·）構(gòu)成的平面內(nèi)繪制等效率曲線，即為功率耗散圖，如圖8所示.

將功率耗散圖和失穩(wěn)圖疊加在一起，就構(gòu)成了不同真應(yīng)變（ε）對應(yīng)的DMM加工圖.

圖8為Mg-4.5Zn-0.75Y合金在不同應(yīng)變下對應(yīng)的功率耗散圖，圖8（a）、8（b）、8（c）和8（d）對應(yīng)的應(yīng)變分別為0.3、0.6、0.9和1.2.此處，功率耗散系數(shù)代表著合金在高溫壓縮過程中發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的程度，其值越大，表示在該條件下合金發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的程度越高.對比圖8（a）、8（b）、8（c）和8（d）可以發(fā)現(xiàn)，在試樣整個(gè)變形過程中，功率耗散系數(shù)逐漸降低，大致可分為 3個(gè)階段［17］：（1）應(yīng)變0～0.3這一過程，參照圖3真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變曲線可以發(fā)現(xiàn)，峰值應(yīng)力都處在這一區(qū)域.這一過程發(fā)生的主要是基面滑移，晶內(nèi)出現(xiàn)位錯(cuò)塞積，位錯(cuò)之間的相互作用形成胞狀亞結(jié)構(gòu).一方面，位錯(cuò)的出現(xiàn)導(dǎo)致加工硬化，使合金的流變應(yīng)力不斷增大直至峰值；另一方面，胞狀亞結(jié)構(gòu)的形成為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生累積了足夠能量，因此，這一過程的功率耗散系數(shù)普遍偏高，最大值達(dá)到0.36.（2）應(yīng)變0.3～0.9這一階段，胞狀亞結(jié)構(gòu)發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)形成亞晶，亞晶界進(jìn)一步遷移和合并形成大角度新晶粒，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程基本完成.由于此階段動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的軟化大于加工硬化，在真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變曲線上表現(xiàn)為流變應(yīng)力不斷下降，并逐漸趨于穩(wěn)定.這一過程存在2個(gè)功率耗散系數(shù)較大的區(qū)域，分別為θ＝300～320℃、＝0.2～1 s-1以及 θ＝370～400℃、＝0.05～1 s-1.（3）應(yīng)變0.9～1.2這一階段，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶程度減弱，使得動(dòng)態(tài)再結(jié)晶軟化與熱加工硬化效應(yīng)相對處于平衡，流變應(yīng)力基本保持不變.相比前2個(gè)階段，這一過程的功率耗散系數(shù)最小，存在一個(gè)功率耗散系數(shù)最大的區(qū)域?yàn)棣龋?60～400℃、＝0.01～0.06 s-1.

圖8 Mg-4.5Zn-0.75Y合金在不同應(yīng)變下對應(yīng)的功率耗散圖Fig.8 Power dissipation map of the extruded Mg-4.5Zn-0.75Y alloy at different strain：（a）ε＝0.3；（b）ε＝0.6；（c）ε＝0.9；（d） ε＝1.2

以式（17）為失穩(wěn)判據(jù)，并沒有得到Mg-4.5Zn-0.75Y合金在該變形條件下的失穩(wěn)圖，這說明該合金在此條件下具有良好的塑性.結(jié)合Mg-4.5Zn-0.75Y合金壓縮后的顯微組織圖（如圖4所示），綜合考慮功率耗散系數(shù)與組織均勻性及晶粒大小，Mg-4.5Zn-0.75Y合金的較優(yōu)熱加工工藝參數(shù)為θ＝300～350℃、ε·＝0.1～1 s-1.

3 結(jié) 論

1）Mg-4.5Zn-0.75Y合金在本實(shí)驗(yàn)條件下的高溫變形本構(gòu)方程為

2）擠壓Mg-4.5Zn-0.75Y合金在溫度300～400℃，應(yīng)變速率0.01～1 s-1的條件下并沒有發(fā)生失穩(wěn)，這說明該合金在此實(shí)驗(yàn)條件下塑性性能良好，滿足加工要求.

3）結(jié)合Mg-4.5Zn-0.75Y合金的加工圖與擠壓后的顯微組織圖，獲得該合金熱加工的較優(yōu)工藝參數(shù)為θ＝300～350℃、＝0.1～1 s-1.

［1］趙鐸，董剛，趙博.鎂合金在航空領(lǐng)域應(yīng)用的研究進(jìn)展［J］.有色金屬工程，2015，5（2）：23-27.ZHAO Duo，DONG Gang，ZHAO Bo.Research progress of magnesium alloy application in aviation manufacturing［J］.Nonferrous Metals Engineering，2015，5（2）：23-27.

［2］范子杰，桂良進(jìn)，蘇瑞意.汽車輕量化技術(shù)的研究與進(jìn)［J］.汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào)，2014，5（1）：1-16.FAN Zijie，GUI Liangjin，SU Ruiyi.Research and development of automotive lightweight technology［J］.Journal of Automotive Safety and Energy，2014，5（1）：1-16.

［3］張鑒，張新平，袁廣銀，等.不同準(zhǔn)晶含量Mg-Zn-YZr合金的高溫?zé)釅嚎s變［J］.中國有色金屬學(xué)報(bào)，2009，19（5）：793-799.ZHANG Jian，ZHANG Xinping，YUAN Guangyin，etal.Hot deformation behavior of Mg-Zn-Y-Zr base alloys with different contents of quasicrystal［J］.The Chinese Journal of Nonferrous Metals，2009，19（5）：793-799.

［4］XIA Xiangsheng，CHEN Qiang，HUANG Shuhai，et al.Hot deformation behavior of extruded Mg-Zn-Y-Zr alloy［J］.Journal of Alloys and Compounds，2015，644：308-316.

［5］LUO Z P，SONG D Y，ZHANG S Q.Strengthening effects of rare earths on wrought Mg-Zn-Zr-RE alloys［J］.Journal of Alloys and Compounds，1995，230（2）：109-114.

［6］欒娜，李落星，李光耀，等.AZ80鎂合金的高溫?zé)釅嚎s變形行為［J］.中國有色金屬學(xué)報(bào)，2007，17（10）：1678-1684.LUAN Na，LI Luoxing，LI Guangyao，et al.Hot compression deformation behaviors of AZ80 magnesium alloy at elevated temperature［J］.The Chinese Journal of Nonferrous Metals，2007，17（10）：1678-1684.

［7］SINGH A.Tailoring microstructure of Mg-Zn-Y alloys with quasicrystal and related phases for high mechanical strength［J］.Science＆ Technology of Advanced Materials，2014，15（4）：044803.

［8］YAO Dandan，ZHANG Yingbo.The nano-eutectic in the microstructure of semisolid Mg-6Zn-1Y alloy［J］.Materials Letters，2016，166：201-205.

［9］KWAK T Y，LIM H K，KIM W J.Hot compression characteristics and processing maps of a cast Mg-9.5Zn-2.0Y alloy with icosahedral quasicrystal-line phase［J］.Journal of Alloys and Compounds，2015，644：645-653.

［10］ZHANG Lei，WANG Lidong，XU Fubiao，et al.Hot deformation behavior of Mg2B2O5whiskers reinforced Al compoise［J］.Journal of Harbin Institute of Technology（New Series），2014，21（3）：117-120.

［11］于思榮，黃志求.漂珠/AZ91D鎂合金復(fù)合材料的高溫壓縮變形行為［J］.復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2015，32（5）：1461-1468.YU Sirong， HUANG Zhiqiu.High-temperature compression deformation behavior of fly ash cenosphere/AZ91D Mg alloy composites［J］.Acta Materiae Compositae Sinica，2015，32（5）：1461-1468.

［12］黃光杰，程虎.3104鋁合金流變應(yīng)力行為［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，30（1）：70-72.HUANG Guangjie，CHENG Hu.Flow stress behavior of 3104 aluminum alloy［J］.Journal of Chongqing University，2007，30（1）：70-72.

［13］GUO Q，YAN H.G，ZHANG H，et al.Behavior of AZ31 magnesium alloy during compression at elevated temperatures［J］.Materials Science and Technology，2005，22（11）：1349-1354.

［14］PRASAD Y V R K，SASIDHARA S.Hotworking guide：A compendium of processing maps［M］.Metal Park.OH：ASM International.1997：1-24.

［15］SIVAKESAVAM O.PRASAD Y V R K.Hot deformation behavior of as-cast Mg-2Zn-1Mn alloy in compression a study with processing map［J］.Mater Sci Eng A，2003，362：118-124.

［16］張蓉，錢書琨.AZ61鎂合金高溫變形行為及熱加工圖［J］.特種鑄造及有色金屬，2014，34（1）：19-22.ZHANG Rong，QIAN Shukun.Hot deformation behavior and processing map of AZ61 magnesium alloy［J］.Special Casting and Nonferrous Metals，2014，34（1）：19-22.

［17］陳振華，嚴(yán)紅革，陳吉華，等.鎂合金［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：10-18.

（編輯 程利冬）

Hot deformation behavior of extruded Mg-4.5Zn-0.75Y alloy

LI Kangning，ZHANG Yingbo，WANG Yufan，YAO Dandan
（School of Materials Science and Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China）

In order to investigate the mechanical properties of Mg-Zn-Y alloy which only contains quasicrystal phase at evaluate temperatures，and to obtain the optimal processing parameters，an extruded Mg-4.5Zn-0.75Y（at%） alloy wasproduced firstly.And then， hotcompression deformation behaviorofthe extruded Mg-4.5Zn-0.75Y alloy was investigated at temperatures ranging from 300℃ to 400℃ and strain rates ranging from 0.01 s-1to 1 s-1by Gleeble-3500 thermal/mechanical simulator.Meanwhile，a constitutive equation and processing map were developed to describe the flow characteristics.Notably，the microstructures of the experimental alloy were observed to obtain optimal deformation parameters.The results show that the strain rate and deformation temperature exert remarkable influences on the flow stress.The average activation energy and the stress exponent of deformation are 107.95 kJ/mol and 3.996 6，respectively.There is no flow instability region in the processing map，which shows that the extruded Mg-4.5Zn-0.75Y alloy has good thermoplastic under the experimental conditions and the exist of quasicrystal phase is good for its plastic deformation.Microstructures of the compressed samples show that uniform and fine equiaxed grains were obtained when the parameters were 300～350℃ and 0.1～1 s-1.Based on the microstructure observation and processing map，the optimal hot working conditionals are determined to be temperature of 300～350℃ and strain rates of 0.1～1 s-1。

Mg-Zn-Y alloy；hot deformation behavior；constitutive；processing map；microstructures

TG146.22

A

1005-0299（2017）02-0066-08

2016-04-01.< class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：

時(shí)間：2017-01-14.

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51201142）；四川省科技項(xiàng)目（2014YJ0020）.

李康寧（1992—），男，碩士研究生.

張英波，E-mail：yingbozhang＠163.com.

10.11951/j.issn.1005-0299.20160091