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添加 Y 对 Mg-Gd 合金显微组织和性能的影响

张伟，侯利锋，卫英慧，郑晓东，杨丽景

太原理工大学材料科学与工程学院，太原 (030024)

E-mail：zhangwei375@126.com

摘要：在氩气和 SF

联合保护下熔炼 Mg-8Gd 和 Mg-8Gd-5Y 两种合金，研究了 Y 对 Mg-Gd

合金显微组织和热处理性能的影响。结果表明，Mg-8Gd 合金的铸态组织由 α-Mg 固溶体基

体和少量分布在晶界和晶内的颗粒状化合物 Mg

Gd 组成；而加入 5％Y 的合金，晶粒得到

细化，并且析出物数量增加，形态呈岛状，经分析为化合物 Mg

(Gd,Y)和 Mg

(Y,Gd)

；添

加 5％Y 使合金铸态硬度提高了 41％；Mg-8Gd 合金经过固溶处理和 250℃等温时效，有轻

微的析出硬化现象，而 Mg-8Gd-5Y 合金经同样处理有明显的时效硬化效应，两合金最高硬

度比各自固溶态分别提高了 17％和 45％；后者时效硬化效应主要归因于基体中均匀析出大

量细小凸透镜状的亚稳相 β′-Mg

(Gd,Y)

。

关键词：镁合金；钆；钇；显微组织；热处理

中图分类号：TG146.2

1．引言

在人类日益重视节能减排的背景下，镁合金作为结构材料以其质量轻、比强度高、吸振

性能好等特点得到越来越多的应用。然而较低的高温（＞180℃）力学性能（相对铝合金）

限制了镁合金的广泛应用

[1-3]

。研究表明,稀土元素可以通过固溶强化、析出强化和增强原子

间结合力等途径改善镁合金的室温和高温性能

[2-4]

。

Gd在镁中的固溶度较高（548℃为23.49wt.％），并随温度的降低而急剧下降（200℃为

3.82wt.％）

[5-7]

。镁和钆形成的化合物有较高的硬度和高温稳定性

[8]

，构成了理想的析出硬

化型合金。但是如果Gd含量低于10wt.％,合金没有明显的时效硬化效应

[9]

；而加入更多的Gd

会导致合金密度增大和成本升高。在Mg-Gd合金中加入Y、Nd、Sc等元素可以减少Gd在镁

中的固溶度，从而增强合金的时效硬化效应

[10-14]

。Gao等

[15]

人研究了Mg-15Gd-0.5Zr合金

[

经

固溶处理、250℃等温时效过程中该合金的析出序列为：S.S.S.S.→β″(D0

)→β′(cbco)→β

（fcc）

→β（fcc），并在8h达到硬度峰值，其值比固溶态提高了43％，经分析这归因于三角排列的

棱镜片状析出相β′，此相在250℃等温500h内保持着自身结构和数量上的稳定性。He等

[16]

在

研究Mg-10Gd-3Y-0.4Zr合金固溶处理、250℃等温时效时得到同样的析出序列，并在16h左右

达到硬度的峰值，其值比固溶态提高了约33％，并指出时效硬化的主要原因为基体析出体积

分数占绝对优势的凸透镜状亚稳相β′。而Peng等

[17]

在对Mg-7Gd-5Y合金固溶处理、220℃等

温时效时，经120h达到硬度的高峰，其值比固溶态提高22％，指出时效硬化的主要因素为细

小弥散的稳定相β-Mg

(Gd,Y)。 Wang等

[18]

在对Mg-10Gd-5Y-0.4Zr合金固溶处理、250℃等温

时效时，在5h使硬度达到固溶态的41％，指出时效硬化的只要因素为以三角排布的棱镜片状

析出相β′。

由此可见，Mg-Gd-Y系合金通过析出强化来实现强度的改善还不成熟，主要表现在最佳

的Gd含量，Y对Mg-Gd系性能的影响，析出相结构、形态、数量等随时效时间的演化规律及

强化机制等等，这些都阻碍了该合金系的实际应用。在本文中，作者制备了Mg-8Gd和

Mg-8Gd-5Y两种合金，较全面地比较了其时效行为、显微组织及力学性能，分析了Y对Mg-Gd

系合金的影响。

本课题得到太原市明星专项基金(项目编号：08121018) 、山西省青年学术带头人基金资助项目的资助

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