Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr镁合金的微观组织与性能研究

娄崟崟，杨初斌，张小联，文春花，韩宝军，何人桂

Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr镁合金的微观组织与性能研究

娄崟崟，杨初斌*，张小联，文春花，韩宝军，何人桂

（赣南师范大学 镁合金材料工程技术研究中心，江西 赣州 341000）

研究挤压比对热挤压制备的Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr（VW94）镁合金微观组织、拉伸性能和抗腐蚀性的影响，并揭示挤压比对组织和性能演变的影响机制。用挤压比为16和35的热挤压工艺制备了Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr（VW94）镁合金，通过光镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等手段表征并分析了不同挤压比下的微观组织，进一步通过拉伸测试和电化学测试评估合金的力学性能和腐蚀速率，并通过SEM表征断口形貌和腐蚀形貌，分析其断裂方式和腐蚀机制。挤压比的大小并不会影响镁合金的相成分，镁合金主要由α-Mg基体及晶界处的LPSO相组成。当挤压比为16时，第二相数量更多，平均晶粒尺寸更小；当挤压比增大到35时，合金的再结晶程度更高，其晶粒尺寸分布更加均匀。性能表征结果发现，挤压比为16的VW94合金的力学性能更优，其抗拉强度及伸长率分别达到376.3 MPa和13.3%，但是挤压比为35的VW94合金的耐腐蚀性能更好。挤压比虽然不会影响相的种类，但是会影响第二相的含量和晶粒尺寸，从而进一步影响拉伸性能和腐蚀速率，因此可以通过优化挤压比协同提升挤压态VW94合金的力学性能和抗腐蚀性。

VW94；微观组织；力学性能；挤压比

镁合金被誉为“21世纪绿色工程材料”之一，具有比强度高、减震性好、储量丰富和易回收利用等优点[1-3]，在航天航空、汽车高铁和3C产业等领域具有广阔的应用前景[1,4]。与钢铁材料和铝合金相比，镁合金的强度和耐蚀性更差，这在一定程度上限制了镁合金的发展[5-7]。相关研究表明，掺杂稀土元素可以显著提高镁合金的综合性能，这是由于稀土元素在镁合金中有较大的固溶度以及良好的时效硬化效果，可以使镁合金具有更优良的强度和韧性[8-11]。基于上述优点，目前已经开发出Mg-Gd系、Mg-Y系和Mg-Gd-Y系等高强稀土合金[4,12-13]。Li等[5]通过热挤压加冷轧以及后续时效处理的方法制备了高强Mg-14Gd-0.5Zr合金，并揭示了该合金的强化机理为由致密且细化的纳米β′沉淀引起的弥散强化，但是该合金的延伸率仅有2%。Wang等[14]通过热挤压加热轧以及后续时效处理的方法得到了高强Mg-12Gd-3Y-0.4Zr合金，且室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到458 MPa、343 MPa和3.8%。由上述报道可知，无论是Mg-Gd系还是Mg-Gd-Y系合金，采用热挤压工艺都可以获得较高的强度，但是延伸率却急剧下降。

为了实现稀土镁合金的强塑性需求，近年来一些研究者发现在传统的稀土镁合金体系中添加适量的Zn元素[4,15]，可以析出长周期堆垛有序（Long Period Stacking Ordered，LPSO）结构相，从而实现强度和塑性的协同提升。Xu等[16]采用大应变热轧和时效热处理工艺制备了力学性能优异的Mg-8.2Gd-3.8Y-1.0Zn- 0.4Zr合金薄板，其极限抗拉强度达到415 MPa，屈服强度达到316 MPa，断裂伸长率达到9.1%。Homma等[17]通过热挤压和时效处理的方法得到了抗拉强度高达542 MPa的Mg-1.8Gd-1.8Y-0.7Zn-0.2Zr合金，且断裂延伸率仍然保持在8%。大量研究表明，通过热挤压工艺可以使Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金实现强度和塑性的协同提升，这可以归因于该稀土合金系不仅可以在柱面上析出致密的纳米β′沉淀，还可以在基面上形成丰富的LPSO结构相，这种特殊构型可以形成一种密闭空间，从而不仅可以通过钉扎位错来提高强度，还可以通过阻止晶粒内部微裂纹的扩展来实现塑性的提升[18]。事实上，LPSO作为一种高熔点的长周期有序堆垛结构相，不仅能显著提高镁合金的高温力学性能，还可以在镁合金变形的过程中产生不同程度的扭折，帮助协调局部应变集中，提高合金的塑性，减少强化过程中伸长率的损失[19-21]。

挤压作为常见的塑性加工工艺之一，不仅可以改善镁合金的微观组织，还能大幅度提升镁合金的综合力学性能[22-23]。相关研究表明，挤压工艺中的挤压温度和挤压比是影响热挤压态镁合金力学性能的两大关键因素[4,24-25]。吕滨江等[26]研究了Mg-2Zn- 0.3Zr-0.9Y合金挤压温度与微观组织和力学性能的关联，研究发现，随着挤压温度的升高，合金的平均晶粒尺寸增大，且在330 ℃温度下，挤压态力学性能最优。赵祖德等[27]研究发现，随着挤压比的增大，可以在稀土镁合金内部实现均匀细小的再结晶组织的制备。然而，目前关于挤压比对Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金微观组织、力学性能和抗腐蚀性能影响的研究鲜有报道。因此，本文采用挤压比为16和35的热挤压工艺制备了Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr（VW94）稀土合金，对比分析了微观组织并对力学性能和抗腐蚀性能进行了表征，揭示了挤压比对微观组织演变的影响机理，阐明了挤压比对力学性能和抗腐蚀性能的影响机制。

1 实验

实验材料为直接浇铸的Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr镁合金铸造棒料，其合金成分如表1所示。将铸态镁合金加工成120 mm×350 mm的圆柱形坯料。挤压前将坯料、挤压模具和挤压模筒分别预热至350、400、340 ℃并保温，挤压速度为1.5 m/min，2种挤压比分别为16和35，并将挤压比为16和35的Mg-9Gd-4Y- 2Zn-0.5Zr合金分别记为ER 16和ER 35。

表1 VW94镁合金的成分

Tab.1 Composition of the VW94 alloy wt.%

在微观组织表征和性能测试前，依次用120#、600#、1000#和2000#砂纸对试样进行粗磨和细磨，直至试样表面打磨平整。采用由德国布鲁克公司生产的D8-advance X射线衍射仪分析不同挤压状态下的合金物相成分。采用HMG-G21ST显微硬度计对机械抛光后的样品进行硬度测试，载荷为980.7 mN，加载时间为25 s，对每个样品沿剖面十字线测试12个点。在合金微观组织表征前，用5 g苦味酸＋10 mL冰醋酸＋10 mL蒸馏水＋70 mL酒精作为腐蚀剂进行侵蚀，采用Nikon MA100光学显微镜以及Quanta 450扫描电子显微镜表征晶粒尺寸和析出相，并根据GB/T 6394—2017，采用截线法定量统计晶粒尺寸。根据GB/T 228.1—2010《金属材料拉伸试验方法》在Y28型精密电子万能试验机上进行室温拉伸，拉伸试样尺寸如图1所示，拉伸方向为挤压方向。为了避免试验的偶然性，每组测试3个平行试样。采用科思特CHI600电化学工作站与标准三电极体系测试合金的极化曲线，其中以3.5%（质量分数）NaCl溶液为电解液，Pt电极为辅助电极，合金为工作电极，甘汞电极为参比电极，借助Tafel外推法获得合金的腐蚀电流、腐蚀电位等重要参数。

图1 拉伸试样示意图

2 结果与分析

2.1 VW94镁合金显微组织

挤压态VW94镁合金的金相组织如图2所示。可以看出，挤压态VW94合金主要由灰色α-Mg基体、破碎第二相以及细小动态再结晶晶粒组成。由图2a和图2b可见，存在大量未发生再结晶的大尺寸晶粒（见图2a中箭头），且晶粒内部存在取向一致的层状组织。由图2c和图2d可知，沿挤压方向被拉长的晶粒形成了流线状的纤维组织，被挤碎的第二相也沿挤压方向分布，同时还观察到大量细小的再结晶晶粒（见图2c中箭头）。通过对比分析不同挤压比下的显微组织，发现ER 16中的第二相数量更多，平均晶粒尺寸更小（4.82 μm），但ER 35中的再结晶程度更高，晶粒尺寸分布更均匀。需要注意的是，对于变形量较大的ER 35，该合金在高温下的停留时间较长，产生了粗大的再结晶晶粒，发生了晶粒长大过程，甚至可能形成大晶组织，发生二次再结晶。因此，ER 35的平均晶粒尺寸较ER 16的更大。本文出现了增大挤压比后晶粒反而增大的现象，这是由于2种合金的出口温度都高于再结晶温度，使合金组织发生了动态回复和再结晶[28-29]，其中ER 35的出口温度为438 ℃，比ER 16的418 ℃更高，导致ER 35的晶粒尺寸大于ER 16的。

图2 挤压态VW94镁合金的金相组织

挤压态VW94镁合金的SEM结果如图3所示。可见，挤压态VW94镁合金主要由深灰色α-Mg基体、浅灰色块状第二相以及亮白色颗粒状第二相组成，且第二相均呈不连续网状分布于晶界附近。从图3c和图3d可以观察到，沿挤压方向分布着条带状结构、较大尺寸的第二相和细小颗粒状的第二相，并且随着挤压比的增大，颗粒状第二相更加均匀弥散分布。图3中不同位置的EDS分析结果如表2所示。可知，块状白色第二相（箭头A所示）为LPSO相（主要由Mg、Gd和Zn 3种元素组成），2种合金均分布有大量LPSO块状第二相；亮白色颗粒状第二相（见箭头B、C）中的Gd、Y、Zr元素含量较高，但Zn含量较少；箭头D处的Mg含量（原子数分数）为99.01%，可知它为α-Mg基体。

ER 16的XRD衍射图如图4所示。可知，VW94镁合金主要由α-Mg和LPSO相组成，这与夏祥生等[30]对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金第二相的表征结果一致，并且证实了LPSO相的含量与Zn元素含量相关的结论。此外，表2的EDS分析结果也表明LPSO相主要由Mg、Gd、Y、Zn组成，且Zn元素的添加为LPSO结构的形成奠定了基础。

2.2 VW94镁合金力学性能

挤压态VW94镁合金的应力-应变曲线如图5a所示，挤压态VW94镁合金的力学性能平均值如图5b所示。图5a表明，随着挤压比从16增大到35，合金的抗拉强度和延伸率均降低，其中抗拉强度由ER 16的376.3 MPa降低到ER 35的355.6 MPa，降低了5.1%，延伸率从ER 16的13.3%降至ER 35的11%。由图2可知，ER 16的晶粒尺寸较ER 35的更细小。Hall-Petch[31]关系如式（1）所示。

式中：为晶体屈服强度；为Hall-Petch系数；为晶粒平均直径。可知，合金晶粒尺寸与强度成反比，晶粒尺寸越小，强度越高。本实验ER 16的晶粒尺寸比ER 35的小，故ER 16的强度比ER 35的高。从组织上来看，ER 16既具有细小的再结晶晶粒又具有粗大的变形晶粒，这种双峰晶粒结构可以显著提升合金的强度和塑性。这是因为在变形阶段，这种双峰组织的变形晶粒与动态再结晶晶粒之间发生了应力传递，让更多晶粒参与变形，缓解了应力集中，使合金塑性提高[32]。与ER 16相比，ER 35中双峰晶粒结构的数量更少，因此其塑性低于ER 16的。此外，晶界处分布的LPSO相能有效阻碍位错滑移，且LPSO相特有的扭折变形机制可以协调塑性变形[20-21,33-34]。

表2 图3中不同位置的EDS分析结果

Tab.2 EDS analysis results at different positions in Fig.3 at.%

图4 挤压态VW94镁合金的XRD图谱

图5 挤压态VW94镁合金的应力-应变曲线（a）及力学性能平均值（b）

挤压态VW94镁合金的断口形貌如图6所示。可以发现，2种不同挤压比的VW94镁合金断口形貌相似，均由大量的韧窝组成，韧窝周围有撕裂棱，底部散布有细小的强化相颗粒，为典型的韧性断裂。

图6 挤压态VW94镁合金的断口SEM图

2.3 VW94镁合金腐蚀性能

挤压态VW94镁合金在3.5%（质量分数）NaCl溶液中的极化曲线如图7所示。根据图7获得的腐蚀性能参数如表3所示。从图7可以看出，随着挤压比的增大，合金的自腐蚀电位正移，表明合金的腐蚀倾向减小。由表3可知，ER 16的自腐蚀电流密度大于ER 35的，说明挤压比增大后腐蚀速率减小。由于镁合金中的第二相和α-Mg基体间存在电势差，所以在抗腐蚀性表征过程中，两者之间将形成微电偶腐蚀，其中高电位的第二相作为阴极，低电位的基体因发生腐蚀而溶解[35]。图3的SEM分析结果表明，随着挤压比的增大，ER 35中第二相含量减少，导致作为阴极的第二相面积减小，从而使镁基体的溶解速率降低，因此ER 35的耐腐蚀性能更优异[36]。

挤压态VW94镁合金在3.5%（质量分数）NaCl溶液中的腐蚀速率如图8所示。可以观察到随着合金挤压比的增大，腐蚀速率下降。这是由于ER 16中LPSO数量相对较多且呈不连续网状分布（见图3），因此合金中的微电偶对多、面积比大，腐蚀速率更快，这与电化学腐蚀的测试结果一致。此外，随着腐蚀时间的延长，腐蚀速率均呈先上升后变化不大的趋势，该现象与Srinivasan等[37]对Mg-Gd-Zn合金腐蚀性能的表征结果一致。在腐蚀的起始阶段，样品表面与腐蚀液的接触面积相对较小，导致腐蚀速率相对较低，随着腐蚀过程的持续进行，样品表面形成了大量腐蚀坑，一方面镁合金的腐蚀产物疏松多孔，难以阻碍腐蚀液与样品表面接触，导致腐蚀表面积逐渐增大；另一方面第二相在腐蚀进程中持续破碎分解而失去对基体的保护作用，当腐蚀到一定时间后，合金表面附着有大量腐蚀产物，从而将合金层层包裹住，对合金继续发生腐蚀的行为起到缓冲作用，所以腐蚀速率显著增大直至变化不大[37-38]。

图7 挤压态VW94镁合金在3.5%（质量分数）NaCl溶液中的极化曲线

表3 极化曲线的腐蚀性能参数

Tab.3 Corrosion performance parameters of polarization curve

图8 挤压态VW94镁合金在3.5%（质量分数）NaCl溶液中的腐蚀速率

挤压态VW94镁合金在3.5%（质量分数）NaCl溶液中浸泡10 min后的腐蚀SEM形貌如图9所示。可以发现，2种合金的表面均覆盖有腐蚀产物，腐蚀产物体积的变化以及脱水作用导致腐蚀产物形成了龟裂纹，且腐蚀产物层的厚度越大，形成的裂纹越大、越深[30,36,39]。因此，从裂纹的尺寸可以判断，ER 16的腐蚀产物膜比ER 35的更厚，同时ER 16的被腐蚀面积也远大于ER 35的。

图9 挤压态VW94镁合金在3.5%（质量分数）NaCl溶液中浸泡10 min后的SEM形貌

2种合金在3.5%（质量分数）NaCl溶液中浸泡10 min去除腐蚀产物后的SEM形貌如图10所示。可见，2种不同挤压比的合金表面明显凹凸不平，点蚀在表面形成了大量较深的点蚀坑，而在点蚀坑附近的LPSO相没有发生腐蚀。这表明第二相的耐腐点位比Mg基体的高，第二相与Mg基体构成了腐蚀微电池，Mg基体优先被腐蚀[36,40]。与ER 16相比，ER 35的腐蚀坑更少、更浅，这是由于ER 35的第二相含量少、尺寸小，点蚀坑的直径小，因此提高了合金的耐蚀性能，这与极化曲线的分析结果一致。

图10 挤压态VW94镁合金去除腐蚀产物后的SEM形貌

3 结论

1）VW94镁合金主要由α-Mg基体和LPSO相组成，且挤压比并不会影响相成分。ER 16的第二相含量更多，平均晶粒尺寸更小；而ER 35的再结晶程度更大，晶粒尺寸分布更均匀。

2）ER 16具有较好的综合力学性能，抗拉强度和伸长率分别为376.3 MPa和13.3%，这可以归因于ER 16具有更细化的晶粒和更多的LPSO相。

3）ER 35具有更好的抗腐蚀性能，其自腐蚀电位和自腐蚀电流密度分别为−1.267 mV和0.859 μA/cm2，这是因为ER 35中第二相含量较少，导致作为阴极的第二相面积减小，从而使镁基体的溶解速率降低。

[1] SATYA P, PRASAD S, VERMA K, et al. The Role and Significance of Magnesium in Modern Day Research-A Review[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2022(1): 1-65.

[2] YANG Y, XIONG X M, CHEN J, et al. Research Advances in Magnesium and Magnesium Alloys Worldwide in 2020[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2021, 9(3): 705-747.

[3] ZENG Z, SALEHI M, KOPP A, et al. Recent Progress and Perspectives in Additive Manufacturing of Magnesium Alloys[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2022(6): 1511-1541.

[4] ZHANG J, LIU S, WU R, et al. Recent Developments in High-strength Mg-RE-based Alloys: Focusing on Mg-Gd and Mg-Y Systems[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2018(3): 277-291.

[5] LI R G, NIE J F, HUANG G J, et al. Development of High-Strength Magnesium Alloys via Combined Processes of Extrusion, Rolling and Ageing[J]. Scripta Materialia, 2011, 64(10): 950-953.

[6] MA X, ZHA M, WANG S, et al. A Rolled Mg-8Al- 0.5Zn-0.8Ce Alloy with High Strength-Ductility Synergy via Engineering High-Density Low Angle Boundaries[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2022(10): 2889-2900.

[7] CHEN Z, LI H Z, LIANG X P, et al. In-Situ Observation on Filiform Corrosion Propagation and Its Dependence on Zr Distribution in Mg Alloy WE43[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2022, 9(12): 2213-9567.

[8] 张清, 李全安, 井晓天, 等. Mg-10Y-1.5Sm合金的组织和力学性能[J]. 材料热处理学报, 2011, 32(1): 24-27.

ZHANG Q, LI Q A, JING X T, et al. Microstructure and Mechanical Properties of Mg-10Y-1.5Sm Alloy[J]. Transactions of Materials and Heat Treatment, 2011, 32(1): 24-27.

[9] 李全安, 李克杰, 张清. Sm对时效态Mg-12Gd-2Y- 0.5Zr合金组织与力学性能的影响[J]. 材料热处理学报, 2011, 32(12): 84-88.

LI Q A, LI K J, ZHANG Q. Effects of Sm on Microstructure and Mechanical Properties of Aged Mg-12Gd- 2Y-0.5Zr Alloy[J]. Transactions of Materials and Heat Treatment, 2011, 32(12): 84-88.

[10] MEIER J, CARIS J, LUO A. Towards High Strength Cast Mg-RE Based Alloys: Phase Diagrams and Strengthening Mechanisms[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2022(6): 1401-1427.

[11] XIE J, ZHANG J, YOU Z, et al. Towards Developing Mg Alloys with Simultaneously Improved Strength and Corrosion Resistance via RE Alloying[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2020, 9(1): 41-56.

[12] PENG Q M, HOU X L, WANG L D, et al. Microstructure and Mechanical Properties of High Performance Mg-Gd Based Alloys[J]. Materials & Design (1980- 2015), 2009, 30(2): 292-296.

[13] 尹雪雁, 于建民, 张治民. Mg-13Gd-4Y-0.5Zr镁合金多向锻造组织和性能研究[J]. 精密成形工程, 2014, 6(6): 68-71.

YIN X Y, YU J M, ZHANG Z M. Microstructure and Performance of Mg-13Gd-4Y-0.5Zr Magnesium Alloy under Multidirectional Forging[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2014, 6(6): 68-71.

[14] WANG R, DONG J, FAN L K, et al. Microstructure and Mechanical Properties of Rolled Mg-12Gd-3Y-0.4Zr Alloy Sheets[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2008, 18(6): 189-193.

[15] 韩艳彬, 蒋少松, 李阳. Mg-Gd-Y-Zn稀土镁合金应变调节机制研究[J]. 精密成形工程, 2022, 14(6): 1-9.

HAN Y B, JIANG S S, LI Y. Precise Measurement of Strain Accommodation in a Mg-Gd-Y-Zn Alloy[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2022, 14(6): 1-9.

[16] XU C, ZHENG M Y, XU S W, et al. Improving Strength and Ductility of Mg-Gd-Y-Zn-Zr Alloy Simultaneously via Extrusion, Hot Rolling and Ageing[J]. Materials Science and Engineering A, 2015, 643: 137-141.

[17] HOMMA T, KUNITO N, KAMADO S. Fabrication of Extraordinary High-Strength Magnesium Alloy by Hot Extrusion[J]. Scripta Materialia, 2009, 61(6): 644-647.

[18] XU C, FAN G H, NAKATA T, et al. Deformation Behavior of Ultra-Strong and Ductile Mg-Gd-Y-Zn-Zr Alloy with Bimodal Microstructure[J]. Metallurgical and Materials Transactions A, 2018, 49(5): 1931-1947.

[19] DENG Q C, WU Y, LUO Y H, et al. Fabrication of High-Strength Mg-Gd-Zn-Zr Alloy via Selective Laser Melting[J]. Materials Characterization, 2020, 165: 110377.

[20] 孟波波, 李全安, 陈晓亚, 等. Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.5Zr合金的高温蠕变行为[J]. 材料热处理学报, 2018, 39(6): 49-54.

MENG B B, LI Q A, CHEN X Y, et al. High Temperature Creep Behavior of Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.5Zr Alloy[J]. Transactions of Materials and Heat Treatment, 2018, 39(6): 49-54.

[21] SHAO X H, YANG Z Q, MA X L. Strengthening and Toughening Mechanisms in Mg-Zn-Y Alloy with a Long Period Stacking Ordered Structure[J]. Acta Materialia, 2010, 58(14): 4760-4771.

[22] 李景仁, 谢东升, 张栋栋, 等. Ce添加对Mg-Ca挤压合金力学性能与热稳定性影响研究[J]. 精密成形工程, 2023, 15(2): 1-10.

LI J R, XIE D S, ZHANG D D, et al. Effect of Ce on Mechanical Property and Thermal Stability of Extruded Mg-Ca Alloy[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2023, 15(2): 1-10.

[23] 王尔德. 镁合金塑性加工产业技术研究进展[J]. 精密成形工程, 2014, 6(6): 22-30.

WANG E D. Recent Researches in Industrial Plasticity Processing of Magnesium Alloy[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2014, 6(6): 22-30.

[24] YIN W, BRIFFOD F, SHIRAIWA T, et al. Mechanical Properties and Failure Mechanisms of Mg-Zn-Y Alloys with Different Extrusion Ratio and LPSO Volume Fraction[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2022(8): 2158-2172.

[25] CHA J, PARK S H. Variations in Dynamic Recrystallization Behavior and Mechanical Properties of AZ31 Alloy with Extrusion Temperature[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2022, 11(7): 2351-2365.

[26] 吕滨江, 彭建, 童小山, 等. 挤压温度对Mg-2.0Zn- 0.3Zr-0.9Y新型镁合金组织和性能的影响[J]. 稀有金属材料与工程, 2013, 42(4): 841-844.

LYU B J, PENG J, TONG X S, et al. Effects of Extruding Temperature on Microstructure and Mechanical Properties of Mg-2.0Zn-0.3Zr-0.9Y Alloy[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2013, 42(4): 841-844.

[27] 赵祖德, 陈强, 舒大禹, 等. 挤压比对Mg-Zn-Zr-RE合金组织和性能的影响[J]. 精密成形工程, 2011, 3(5): 39-42.

ZHAO Z D, CHEN Q, SHU D Y, et al. Effect of Extrusion Ratio on Microstructure and Mechanical Properties of Mg-Zn-Zr-RE Magnesium Alloy[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2011, 3(5): 39-42.

[28] HUANG K, LOGÉ R E. A Review of Dynamic Recrystallization Phenomena in Metallic Materials[J]. Materials & Design, 2016, 111(8): 548-574.

[29] 徐恒钧. 材料科学基础[M]. 北京: 北京工业大学出版社, 2001.

XU H J. Material Science Foundation[M]. Beijing: Beijing University of Technology Press, 2001.

[30] 夏祥生, 张奎, 马鸣龙, 等. 长周期有序堆垛相对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金腐蚀行为的影响[J]. 材料保护, 2021, 54(1): 28-35.

XIA X S, ZHANG K, MA M L, et al. Effect of Long-Period Stacking Ordered (LPSO) Phases on the Corrosion Behavior of Mg-Gd-Y-Zn-Zr Alloys[J]. Materials Protection, 2021, 54(1): 28-35.

[31] ZHOU X, LE Q C, REN L, et al. High-Performance Magnesium Alloy with Multi-Element Synergistic Strengthening: Design, Microstructure, and Tensile Properties[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2022, 918: 165746.

[32] WU X L, YANG M X, YUAN F P, et al. Heterogeneous Lamella Structure Unites Ultrafine-Grain Strength with Coarse-Grain Ductility[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2015, 112(47): 14501-14505.

[33] ZHENG C, CHEN S, CHENG M, et al. Controlling Dynamic Recrystallization via Modified LPSO Phase Morphology and Distribution in Mg-Gd-Y-Zn-Zr Alloy[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2023, 7(11): 78-92.

[34] ZHENG C, CHEN S F, CHENG M, et al. Controlling Dynamic Recrystallization via Modified LPSO Phase Morphology and Distribution in Mg-Gd-Y-Zn-Zr Alloy[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2023, 7(11): 78-92.

[35] LIU Y, ZHANG Z, WANG J, et al. A Novel Mg-Gd-Y-Zn-Cu-Ni Alloy with Excellent Combination of Strength and Dissolution via Peak-Aging Treatment[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2023(2): 720-734.

[36] DAI J W, DONG Q S, NIE Y J, et al. Insight into the Role of Y Addition in the Microstructures, Mechanical and Corrosion Properties of As-Cast Mg-Gd-Y-Zn-Ca-Zr Alloys[J]. Materials & Design, 2022, 221(11): 110980.

[37] DAI C N, WANG J F, PAN Y L, et al. Tailoring the Microstructural Characteristic and Improving the Corrosion Rate of Mg-Gd-Ni Alloy by Heat Treatment with Different Volume Fraction of LPSO Phase[J]. Corrosion Science, 2022, 210(3): 110806.

[38] SRINIVASAN A, BLAWERT C, HUANG Y, et al. Corrosion Behavior of Mg-Gd-Zn Based Alloys in Aqueous NaCl Solution[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2014(3): 245-256.

[39] ZHANG H H, ZHAO Y M, LIU J H, et al. Impact of Rare Earth Elements on Micro-Galvanic Corrosion in Magnesium Alloys: A Comparative Study of Mg-Nd and Mg-Y Binary Alloys[J]. International Journal of Electrochemical Science, 2023, 18(4): 100160.

[40] WANG J, LI T, LI H, et al. Effect of Trace Ni Addition on Microstructure, Mechanical and Corrosion Properties of the Extruded Mg-Gd-Y-Zr-Ni Alloys for Dissoluble Fracturing Tools[J]. Journal of Magnesium and Alloys, 2021(5): 1649-1660.

[41] LIU Y, WEN J B, LI H, et al. Effects of Extrusion Parameters on the Microstructure, Corrosion Resistance, and Mechanical Properties of Biodegradable Mg-Zn- Gd-Y-Zr Alloy[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2021, 891(7): 161964.

Microstructure and Properties of Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr Magnesium Alloy

LOU Yinyin, YANG Chubin*, ZHANG Xiaolian, WEN Chunhua, HAN Baojun, HE Rengui

(Magnesium Alloy Material Engineering Technology Research Center, Gannan Normal University, Jiangxi Ganzhou 341000, China)

The work aims to investigate the effect of extrusion ratio on the microstructure, tensile properties and corrosion resistance of Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr (VW94) magnesium alloy prepared by hot extrusion technique, and reveal the effect mechanism of extrusion ratio on the evolution of microstructure and properties. Both hot extrusion processes with extrusion ratios of 16 and 35, respectively, were used to prepare VW94 magnesium alloy. The microstructures under different extrusion ratios were characterized and analyzed by optical microscopy (OM), X-ray diffractometer (XRD), scanning electron microscopy (SEM), etc. The mechanical properties and corrosion rates were further evaluated by tensile and electrochemical tests. Additionally, fracture modes and corrosion mechanisms were analyzed by SEM characterization of fracture profile and corrosion morphology. The extrusion ratio did not affect the phase composition of the magnesium alloy and the phase composition mainly consisted of the α-Mg matrix and the LPSO phase at the grain boundaries. The VW94 magnesium alloy with an extrusion ratio of 16 contained a higher content of second phases and a smaller average grain size. When the extrusion ratio increased to 35, the degree of recrystallization was higher and its grain size distribution was more uniform. The mechanical properties of VW94 alloy with extrusion ratio of 16 were better, and its tensile strength and elongation reached 376.3 MPa and 13.3%, respectively, but the corrosion resistance of VW94 alloy with extrusion ratio of 35 was better. Although the extrusion ratio does not change the phase type, it affects the content and grain size of the second phase, which further affects the tensile properties and corrosion rate. Therefore, the mechanical properties and corrosion resistance of the extruded VW94 alloy can be synergistically improved by optimizing the extrusion ratio.

VW94; microstructure; mechanical properties; extrusion ratio

10.3969/j.issn.1674-6457.2024.01.003

TG379

A

1674-6457(2024)01-0024-09

2023-09-16

2023-09-16

江西省教育厅项目（190751）；江西省教育厅科学技术研究项目（GJJ211440）

Jiangxi Provincial Department of Education Project (190751); Science and Technology Research Project of Jiangxi Provincial Department of Education (GJJ211440)

娄崟崟, 杨初斌, 文春花, 等. Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr镁合金的微观组织与性能研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(1): 24-32.

LOU Yinyin, YANG Chubin, WEN Chunhua, et al. Microstructure and Properties of Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr Magnesium Alloy[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(1): 24-32.

（Corresponding author）