原标题：热处理对挤压铸造Mg93YZn6合金组织和性能的影响

在镁合金中加入稀土元素，能形成第二相颗粒，阻碍位错运动和晶界滑移，显著提高镁合金的力学性能，并有效地减少熔化过程中的烧损。因此，稀土镁合金备受材料工作者的关注。有研究发现，在MgY-Zn合金中会生成多种三元合金相，分别为准晶I相（Mg3YZn6)、面心立方W相（Mg3Y2Zn3)和长周期堆积有序相（Mg12YZn和Mg10YZn)。在合金凝固过程中，无需冷却条件，采用常规铸造工艺即可获得室温稳定的准晶I相。I相与基体间界面稳定、连贯，界面结合强度高，不会出现裂纹等缺陷，I相可以明显提高镁合金常温和高温下的强度和塑性变形能力。

适当的热处理工艺能够消除铸造过程中产生的缺陷，细化晶粒，消除微观和宏观偏析，降低内应力，使合金的组织和性能更加均匀，提高其力学性能。挤压铸造的特点是在成形过程中，已经凝固金属在压力作用下产生一定的塑性变形，使未凝固金属液始终在等静压的作用下发生结晶凝固、流动成形，固液区发生强制性补缩。因此，挤压铸造可以有效地减少铸件内部缩孔、缩松缺陷，获得晶粒细小、组织致密、力学性能高的铸件。由于采用常规铸造工艺即可获得I-Mg3YZn6准晶相，因此研究者通常使用常规铸造法制备准晶增强镁合金。为了改善传统镁合金的韧塑性、抗拉强度等，使用挤压铸造法制备了Mg93YZn6合金并对其进行500℃×4h和550℃×2h的热处理，研究了Mg93YZn6合金在热处理过程中准晶I相的转变、形态、数量以及合金的力学性能，旨在为新型高性能镁合金的开发提供参考。

图文结果

使用的原材料为（质量分数）纯镁（>99.9%），纯锌（>99%）和Mg-30Y中间合金制备Mg93YZn6合金，采用井式电阻炉熔炼，清理原材料在200℃下预热，然后放入电阻炉内的不锈钢坩埚中熔化。将坩埚加热到400℃后，通入混合保护气体（由体积分数为75%的压缩空气，24%的CO2气体和1%的HFC-134a混合而成）。待合金熔炼完成后，把700℃的合金熔液浇入到预热至200℃的挤压铸造模具中挤压成形。挤压压力为100MPa，保压20s。挤压铸造试样的尺寸为120mm×50mm×30mm。将挤压铸造后的铸件放入热处理炉，工艺为500℃×4h或550℃×2h后，在60℃水淬。挤压铸造和热处理试样经打磨、抛光后用硝酸酒精溶液（95mL的酒精+5mL的浓硝酸）腐蚀，使用莱卡DMi8光学显微镜（OM),SV-5000扫描电镜（SEM）、JEM-2010透射电镜（TEM）和D/Max-RB型X射线衍射（XRD）对合金进行分析。采用TMHVS-1000Z维氏显微硬度计测试合金硬度，载荷为1.96N，保压10s，每个试样选10个点进行测试，取平均值。在岛津AG-XPLUS电子万能拉伸试验机上进行拉伸试验，初始拉伸速率为10-3 s-1，力学性能试样的尺寸见图1。

图1 拉伸试样的尺寸

图3可知，合金中的共晶组织为α-Mg基体相和准晶I相。在凝固过程中，Mg93YZn6合金中的α-Mg相首先从液相中析出，然后溶质的重新分配导致Y集中在初生准晶I相区周围，形成共晶组织。所有的共晶组织都以初生I相颗粒为核心，并被α-Mg相分割。挤压铸造Mg93YZn6合金中第二相准晶颗粒分布在晶界上，由于第二相颗粒对于晶界具有钉扎作用，微观组织中弥散分布的准晶相可以阻碍晶界的扩展和迁移，能够有效阻止合金晶粒长大，使合金的晶粒得到细化，见图3a。从图3b和图3c中可以看出，热处理后的显微组织结构变化很大。热处理后，合金的晶粒平均尺寸显著增大，这是因为晶粒在长时间的热处理过程中长大。此外，在图3b和图3c中，α-Mg相中析出了球形的准晶I相。在500℃和550℃下长时间热处理后，I相的形态发生了改变。图3c和图3b相比，析出的球形I相明显减少，这说明在550℃下固溶2h后，合金中部分I相发生了溶解，在凝固的过程中I相没有全部析出。

图4 热处理后Mg93YZn6合金的XRD

图5 热处理对Mg93YZn6力学性能的影响

结论

（1）挤压铸造Mg93YZn6镁合金中存在二十面体准晶I相。挤压态和热处理后的Mg93YZn6合金组织中均只有α-Mg相和准晶I相生成。

（2）挤压铸造Mg93YZn6镁合金经500℃×4h和550℃×2h热处理后，由α-Mg相析出球形准晶I相。500℃×4h热处理后，其准晶I相含量与铸态合金中变化不大，而经550℃×2h热处理后，合金中的准晶I相有所减少。500℃×4h的热处理制度更加合理。

（3）挤压铸造Mg93YZn6镁合金的硬度（HV）、抗拉强度和伸长率分别为79.3、221.9MPa和5.2%,500℃×4h热处理后合金的硬度（HV）为81.0，抗拉强度和伸长率为228.9MPa和10.6%，分别提高了2.1%、3.2%和103.8%。550℃×2h热处理后的硬度（HV）为82.7，抗拉强度和伸长率为225.1MPa和11.1%，相比挤压态，分别提高了4.3%、1.4%和113.5%。伸长率显著提高的原因是热处理的过程中，合金中析出了第二相准晶颗粒。

本文作者：

王冰 赵宇宏 靳玉春 田晋忠 侯华
中北大学材料科学与工程学院

本文转载自：《特种铸造及有色合金》