Mg-Nd-Zn-Zr合金等温时效过程中第二相析出强化的研究(5)
d．细晶强化
根据 Hall-Petch 公式：σy = σ0 + kd -1/2，合金的屈服强度与晶粒尺寸的平方根成反比。研究表明，随着晶粒尺寸的细化，不仅材料的强度大幅度提高，而且塑性也显著改善。与体心立方和面心立方晶体结构的金属相比，细化晶粒在改善密排吹冰方镁合金的力学性能方面更为有效。对于纯镁而言，由于其晶体对称性低，滑移系少，它的 Hall-Petch 常数 k 值很大(kMg ≈ 280-320MPa μm )，是一般体心立方和面心立方晶体结构金属的数倍，是铝合金的 4 倍(kAl ≈ 68MPa μm )。尽管很多镁合金的 k 值没有纯镁的那么大，但是也多在 130 MPa μm以上，因此镁合金晶粒细化产生的强化效果极为显著。
1.3 第二相的强化机制
从文献可知，目前耐热镁合金的主要强化方法是基体强化和晶界强化，基体强化的主要手段是固溶强化、析出强化和弥散强化。(1)固溶强化是通过在合金中加入溶质元素提高其均匀化温度和弹性模量，减慢扩散和自扩散过程，降低了位错攀移的速率，因而合金的耐热性能提高。(2)析出时效强化是在时效过程中合金元素的固溶度随温度下降而降低时形成散布的析出相，析出相与滑移位错之间的交互作用导致了合金的屈服强度提高。(3)弥散强化因弥散相具有很高的熔点并在基体中溶解度很小，其强化温度大大提高。
资料显示，目前应用的所有镁合金都是析出型强化合金，所以有必要对第二相的强化机制做一定的了解。
固溶处理是将镁合金在较高的温度保温一段时间以得到高浓度的过饱和固体，然后通过淬水等快速冷却方式将过饱和固溶体保留至低温，为随后的时效处理创造必要的条件。时效处理是在较低的温度保温一段时间，使得过饱和固溶体发生沉淀析出，形成所要求的析出相，达到合金强化的目的。
一般来说，合金固溶处理后残留第二相越少，过饱和固溶体内溶质元素含量越高，则合金在固溶处理和时效后的力学性能越高。但固溶温度也不能过高，一旦超过了非平衡结晶条件下共晶熔化温度，就会引起过烧，合金固溶处理和时效后的力学性能反而下降。
固溶处理后的人工时效(沉淀热处理)可以提高材料的硬度和屈服强度，但是通常会降低合金的塑性，是多数镁稀土合金的主要强化方式之一。析出时效强化是在时效过程中合金元素的固溶度随温度下降而降低时形成散布的析出相，析出相与滑移位错之间的交互作用导致了合金的屈服强度提高。
要获得时效强化的有利条件，前提是有一个过饱和固溶体。先加热到单相固溶体相区内的适当温度，保温适当时间，使原组织中的合金元素完全溶入基体金属中，形成过饱和固溶体，这个过程就称为固溶热处理。由于合金元素和基体元素的原子半径和弹性模量的差异，使基体产生点阵畸变。由此产生的应力场将阻碍位错运动，从而使基体得到强化。
1.4 课题研究的意义和目的
工业纯镁的强度低，室温塑性差，不能直接用作结构材料，通过热处理强化(固溶强化、沉淀析出强化)、弥散强化、细晶强化以及复合强化可以使镁的力学性能提高。其中，析出强化是镁合金强化的一个重要机制，更是镁稀土合金的主要强化方式之一，在结构材料中第二相的析出强化是材料获得优良综合性能的一种方式，所以对第二相的析出强化机理的研究有着十分重要的意义。本课题主要研究Mg-Zn-Zr-Nb合金，对其在固溶时效过程中第二相的析出过程及机理做深入的分析和讨论。
2.实验材料及方案
2.1 实验材料
本次实验所需的材料为一根直径25mm的镁合金，合金成分Mg-2.75Nd-0.2Zn-Zr。
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