为了提高Mg-Li合金室温机械性能,合理利用镧镨铈混合稀土,本文研究通过真空感应炉充氩气熔炼方法制备合金铸锭,并研究氢化处理对合金显微组织和力学性能的影响规律。真空感应熔炼炉中氩气保护熔炼浇注而成,其成分为锌、锆、钇分别中间合金的方式加入坩锅,金属铸型预热至300℃后放入真空罐中,将真空罐抽真空后用氩气洗炉,再充入氩气至约0.1MPa.熔炼温度720~740℃,在725℃保温5min浇注。
氢化处理过程将直径为12mm的试棒置于真空罐中,抽真空,用氩气洗炉后再充入氢气至约0.1MPa,将真空罐加热至480℃,分别保温10、24、48h.试样经氢化处理后,均在空气中冷却。尺寸加工成拉伸试样后,在深圳新三思微机控制电子万能试验机上进行拉伸试验。金相观察试样从合金锭上截取样品,磨光和抛光后用4%的硝酸酒精溶液浸蚀,并采用Olympus金相显微镜和电子扫描电镜进行显微组织观察。组织观察为铸态及氢化处理试样的显微组织。铸态组织为网状结构。由于能谱无法给出Li的含量,从微区成分分析结果只能知道,网状晶界相中有Zn和RE,晶界包围的晶粒内为富Mg区。
晶界相为Li、Zn和RE的块状化合物,基体为Li、Zn和RE在Mg中的固溶体。比较这三个图,可以看到经过10h氢化处理后晶界块状化合物已消失,代之以不连续的、细小的黑色颗粒状组织。这是由于氢化处理时,氢溶入并扩散到基体中,并且与晶界上的Mg-Li-Zn-RE相反应,化合物中的稀土与氢反应生成稀土氢化物,呈黑色小颗粒状。其中,试样由于氢化处理工艺的时间短,看到的黑色颗粒较少。而氢化时间为24h的试样中可以看到,显示的组织相比较,可以明显地看到黑色小颗粒物增多。而氢化时间最长的试样中,出现了由黑色颗粒物与基体共同组成的组织。可以认为,由于氢化处理工艺的时间较长,试样已经完全氢化。
480℃×10h的氢化处理试样的强度高,可能是由于试样的氢化不均匀,在机加工的取样过程中,未准确的取到氢化处理的部分。而对比氢化处理后试样的拉伸性能,选用480℃×48h氢化工艺处理的试样,由于试样得到彻底氢化,其强度提高程度最大。另外,也反映了氢化处理后试样的伸长率变化情况,氢化后的试样较铸态试样伸长率有所提高,但随着氢化时间延长,伸长率开始下降。断口形貌和0为氢化处理后试样的断口形貌。
从图中可以看出,480℃×10h氢化态试样的断口具有弯曲的撕裂棱,撕裂棱之间的河流状花样比较丰富,并带有局部的圆形的韧窝,形成准解理+局部韧性断裂的混合断口特征。而经过480℃×48h氢化处理试样的断口撕裂棱和河流花样减少,出现粗大清晰的解理平面,导致其塑性降低。氢化前后Zn的分布1和2为铸态和480℃×48h氢化态试样Zn的分布比较图。比较1和2可以看出,经过氢化处理,氢化态试样中Zn的分布明显要比铸态试样中Zn的分布多即氢化态试样基体含Zn量增加,说明在氢化处理过程中,氢与Mg-Li-Zn-RE块状化合物中的RE反应,形成稀土氢化物,并转变为小颗粒,而锌则扩散到基体中去。
一方面这种脆性相形成连续的网状晶界,另一方面基体中的Zn减少使其固溶强化效果减弱,而使合金的力学性能有所降低。因此,若要提高合金的力学性能必须使这种晶界相溶解和破碎,并使晶界相中分解出来的Zn进入基体。而氢化处理过程中,氢与Mg-Li-Zn-RE块状化合物中的RE反应,形成稀土氢化物,并转变为小颗粒,锌扩散到基体中去增强了固溶强化效果,从而提高了合金的强度。