Mg의 미세 구조 및 기계적 성질

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 11003(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

Mg-15Gd-1Zn(wt.%) 합금은 스파크 플라즈마 소결 급속 응고 리본 공정을 통해 성공적으로 제조되었습니다. 미세 구조 조사에 따르면 소결 합금은 미세 입자, β1 상 및 LPSO(장주기 적층 정렬 상)로 구성되어 있는 것으로 나타났습니다. 소결 온도와 시간은 미세구조 변화에 중요한 영향을 미칩니다. 더 낮은 소결 온도(430°C)는 5μm 미만의 미세한 입자 크기와 3~15vol.%의 함량과 (10~600)nm의 크기 분포를 갖는 더 높은 β1 상의 함량을 얻는 데 유리했습니다. . 더 긴 소결 시간인 450~470°C 및 5~10분에 대한 더 높은 온도는 풍부한 라멜라 LPSO 상 침전을 촉진하는 데 도움이 되었으며, 그 함량은 너비가 10~100°C인 LPSO 상의 경우 2~10vol.%였습니다. ) nm. 기계적 성질은 미세한 결정립 크기와 과포화 고용체가 항복응력의 최소 50%에 기여하고, 잔류 기여는 함량과 크기에 따라 β1 상 및 LPSO 상 강화와 관련이 있음을 나타냅니다.

Mg 및 그 합금은 높은 비강도, 우수한 감쇠 충격 흡수 및 용이한 가공성으로 인해 더욱 주목을 받고 있습니다. 그들은 우주선, 수소 탱크, 휠 허브 및 기타 산업 제품 분야에서 사용되었습니다1,2. 그러나 열악한 강도와 열악한 고유 가소성으로 인해 여전히 합금의 광범위한 적용이 제한됩니다. 기본적인 딜레마는 기저 평면의 지배적인 미끄러짐 < a > 전위와 2차 < c > 전위(< c > 및 < c ​​+ a > 포함) 사이의 전위 활성화 에너지의 큰 이방성입니다3,4. 문제를 해결하는 고전적인 방법은 Mg 합금의 미세 구조를 조절하는 것입니다.

Mg 합금의 미세 구조를 개선하고 최적화하기 위해 몇 가지 구체적인 전략이 제시되었습니다. 고용체에서 적절한 격자 결함을 형성하는 것은 Al, Zn, Gd 및 기타 강화 합금과 같은 Mg 매트릭스에 합금 원소를 추가하는 주요 방법입니다. 결정립 미세화는 결정립 경계(GB) 주위의 전위 이동을 명백히 방해하기 때문에 Mg 합금의 중요한 강화 방법이기도 합니다. 결정립이 작을수록 Mg 매트릭스9가 더 강화됩니다. 또한 적절한 상 경계(PB)는 다양한 종류의 전위 이동을 조정하므로 Mg 매트릭스에 미세한 크기의 단일 또는 다중 강화 상을 도입하는 것은 항상 끊임없는 추구입니다. 강화된 두 번째 단계가 Mg 매트릭스(고용체)로부터 석출되면 전위의 전파와 함께 다양한 종류의 전위 에너지 갭이 크게 감소할 수 있습니다. 따라서 강도와 가소성이 모두 향상됩니다. 그러나 위의 각 방법은 강화 효과가 제한적이며 Mg 합금의 우수한 기계적 특성을 얻으려면 세 가지 방법을 결합해야 합니다.

일종의 필수 고강도 합금인 Mg-Gd-Y-Zn-Zr 계열 합금12,13,14에서 기존의 열-기계적 소성 성형 공정과 열처리 공정을 채택하면 GB와 PB가 동시에 증가할 수 있습니다. ,15. 그런 다음 다중 스케일 계층적 결정 구조가 달성되었으며, 이는 면 중심 입방(fcc) 및 체심 입방(bcc) 격자에서 연구되었습니다. 압연된 Mg–8.2Gd–3.8Y–1.0Zn–0.4Zr(wt.%) 합금은 서브미크론 입자와 나노 크기의 석출물을 모두 포함하는 경우 강도가 약 200% 증가하고 파손에 대한 실제 변형률도 110% 증가했습니다. 17,18단계. 최근에는 고특성 Mg 합금을 위해 두 개의 2차 단계 또는 다중 강화 2차 단계도 개발되었습니다. 일부 Mg-RE-Zn 합금(RE, 희토류 원소)의 경우 미세 구조는 α-Mg + 라멜라 LPSO 상 + β' 상으로 구성됩니다. 압연 및 노화된 Mg–8.2Gd–3.8Y–1.0Zn–0.4Zr(wt.%) 합금과 유사하게 최대 강도는 약 450MPa이며 중간 정도의 파단 연신율은 10%17입니다. 그리고 압출된 Mg-10.3Zn-6.4Y-0.4Zr-0.5Ca(wt.%) 합금은 나노 크기의 W 상과 β2 상 입자를 함유한 조건에서 400 MPa 이상의 강도와 4%의 연신율을 나타냅니다. 19. 그러나 응고 과정에서 합금원소가 쉽게 분리되기 때문에 기존의 Mg 합금 제조 공정에서는 여전히 2상 종류를 제어하기가 어려웠다. 이러한 Mg-RE 금속간 강화 단계의 경우 구조와 분포를 제어하는 ​​것은 상대적으로 긴 공정(고체 열처리 후 시효 처리)이었습니다. 최근에는 RS(Rapid Solidification) 방법을 기반으로 최적화된 미세구조가 광범위하게 연구되었으며, 특히 저온 소결 및 심각한 소성 변형(SPD)을 갖는 성형에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. Gerardo Garceset al. LPSO 상20을 함유한 고강도 Mg98.5Y1Zn0.5 합금을 제조하기 위해 ECAP(Equal Channel Angle Press) 방법을 채택하여 상당한 강화 효과를 보였으며 항복 응력은 300~364MPa, 연신율은 3~16%였습니다. 또한 Daria Drozdenko 등은 열간 압출 방법을 사용하여 RS Mg-Y-Zn 리본을 통합했으며 항복 응력은 362, 연신율은 18.2%였으며 높은 기계적 특성은 주로 이중 모드 미세 구조와 LPSO를 갖는 미세 입자 때문이었습니다. 단계.