Sm添加对Mg-7Gd-0.5Zr镁合金微观结构演变和力学性能的影响

《Materials Advances》：Influence of Sm addition on the microstructure evolution and mechanical properties of Mg-7Gd-0.5Zr magnesium alloy

研究通过熔融铸造制备了Mg-7Gd-xSm-0.5Zr（x=0,1,3,5wt%）合金，采用固溶+时效处理优化工艺，系统分析了Sm添加对合金微观结构演变、力学性能及强化机制的影响。实验表明Sm的引入可促进Mg5RE和Mg41RE5相析出，通过异质形核细化晶粒并降低晶体c/a值，改善塑性变形协调性。时效态合金中Sm显著加速时效硬化进程，形成沿[001]、[110]和[111]方向分布的封闭三角状纳米析出相，有效阻碍位错运动。最终在Mg-7Gd-3Sm-0.5Zr合金中实现了室温及250℃下的最佳综合性能：抗拉强度240MPa/延伸率5%和261MPa/8.4%，证实了异常温度效应的存在。

　　

Zeyu Zheng|Quanan Li|Xiaoya Chen|Nana Zhang|Zheng Wu

河南科技大学材料科学与工程学院，中国洛阳471023

摘要

本研究通过熔铸法制备了低Gd含量的Mg-7Gd-xSm-0.5Zr（x = 0, 1, 3, 5 wt%）合金，并对其进行了固溶处理和时效处理。采用DSC、XRD、SEM、EDS、TEM以及拉伸试验等方法研究了不同Sm添加量对合金微观结构演变、力学性能及其强化机制的影响。结果表明，Sm的添加促进了Mg₅RE的析出和Mg₄₁RE₅相的形成，这些颗粒作为有效的异质形核核心，显著细化了晶粒。此外，Sm的加入降低了合金的晶轴比（c/a值），有助于拉伸过程中的塑性变形。对于时效态合金，Sm的合金化显著加速了时效硬化过程并缩短了时效时间。同时，它促进了高密度纳米级β'-强化相在基体中的均匀析出，这些相沿[01_Mg、[10_Mg和[100_Mg方向形成了几乎封闭的三角形空间结构，有利于位错的阻碍和合金时效硬化效果的增强。在晶粒细化强化与沉淀强化的协同作用下，经过峰值时效处理的Mg-7Gd-3Sm-0.5Zr合金在室温和250°C下的力学性能达到最佳，其抗拉强度（UTS）和弹性模量（EL）分别为240 MPa/5%和261 MPa/8.4%，表现出典型的异常温度效应。