富Ce混合稀土形成的稳定相颗粒在Mg-Y-Zr合金变形及服役过程中的作用机理研究

This project intends to use cerium-rich mischmetal (MM) as adding elements to form stable phase particles due to its low solubility in magnesium alloy in order to reveal the mechanism of particle stimulated nucleation during deformation and summary the influence law of the mechanical properties affected by the stable phase particles in the actual course of service in Mg-Y-Zr alloy. One of the most important aims of this project is to achieve balanced use of our existing surplus of misch metal resources to develop a new kind of magnesium alloy with better high-low temperature mechanical properties and establish relatively complete design concept of rare earth magnesium alloys. .The main analysis equipments may be used in this project are OM, XRD, SEM, TEM, DSC, room-high temperature tensile machine and creep test instrument. Teat treatment, thermal simulation, forging and extrusion will be adopted in this study. .Various volume fractions stable phase particles will be obtained through content adjustment of MM. The effect of particles on the microstructures and recrystallization ability will be investigated by statistical method. Different deformation processes will be done to alter the scale and distribution of stable phase for analyzing the influence law of stable phase particles on room-high temperature instantaneous properties and creep properties. Mechanism that stable phase particles affect the alloys properties will be revealed.

本项目拟以富Ce混合稀土(MM)为添加元素，利用其在镁中固溶度较小的特性，便于形成稳定相颗粒，揭示其对Mg-Y-Zr合金变形过程中诱导再结晶发生的作用机理，得到其在实际服役过程中对合金性能的影响规律，以期达到平衡使用我国现有富余混合稀土资源，制备同时具有优异高低温综合力学性能的新型合金，并为稀土镁合金的研制提供相对完整的设计理念。用到的分析检测设备主要有OM、XRD、SEM、TEM、DSC、室温高温拉伸机及蠕变仪等；拟采用的工艺手段有热处理、热模拟、锻造及挤压。调整MM含量，获得不同体积分数的稳定相颗粒，通过数学统计等方法，研究其对合金微观组织的影响规律，揭示其诱导再结晶发生的作用机理；利用不同的变形工艺，改变稳定相颗粒的尺度及分布状态，分析其对合金室温高温瞬时强度及高温蠕变性能的影响规律。

稀土镁合金具有普通镁合金的固有优点，同时还具有耐蚀及耐高温的特性，因此是国内外研究的热点。稀土元素可大致分为两类：一类在镁中的固溶度较小，但形成的金属间化合物有很高的热稳定性，即Ce系稀土；另一类在镁中的固溶度很大，能在时效过程中生成沉淀析出相进而强化合金，即Y系稀土。本课题希望通过两系稀土的同时添加，利用多种研究手段，研究富铈混合稀土形成的稳定相颗粒在含Y镁合金的变形及服役过程中的作用，以期对稀土镁合金的研究及平衡利用稀土资源提供必要的理论基础和实验数据。稳定颗粒相可以通过阻碍位错运动，引起位错塞积，起到诱导动态再结晶的作用，有效细化合金的晶粒尺寸，大塑性变形可以有效减小稳定相颗粒的尺寸，进一步促进动态再结晶的发生。添加稳定相颗粒后，可以明显弱化合金的基面织构，形成多晶环，变形量越大，变形道次越多，合金的取向弱化效果越明显。稳定相颗粒增多后，合金的再结晶能力要显著提高，但合金开裂的可能性也增加。添加第二相颗粒后，合金的瞬时力学行提高，高温短时服役表现出同样的规律，但对于合金的高温长时服役来说，晶粒尺寸的明显减小将加速蠕变的发生。在含有Mg-MM相的晶界处很少出现沿晶断裂，而大量的沿晶裂纹一般都存在于仅含有Mg-Y相的晶界处。Mg-MM相热稳定性较高，在高温条件下不会粗化，变形非常有限，能够阻碍了晶界滑动，有效约束了空洞的长大，抑制了裂纹向垂直于受力方向扩展，提高了合金的抗蠕变性能。蠕变过程中Mg-Y相会因为应力及较高温度的作用而不断改变其结构和析出方向，是不稳定因素，首先发生失效，进而影响合金的抗蠕变性能。防止过时效引起析出相粗化，是提高合金抗蠕变性能的重要措施。综上可知，对于合金设计而言，我们认为，应该将两系稀土综合运用，提高合金室温性能的同时，对合金的高温性能也要给予考虑，特别是对合金的稳态蠕变性能，其有效性可直接影响合金服役以及构件设计。

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