D01:10.133741.ism100103x.2009.06.008 第31卷第5期 北京科技大学学报 Vol.31 No.5 2009年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 2009 SEM原位观察ZK60(0.9Y)镁合金板材的断裂行为 王 斌易丹青罗文海吴春萍刘会群 中南大学材料科学与工程学院.长沙410083 摘要利用原位拉伸扫描电镜观察，研究ZK60合金及含稀土Y的ZK60(0.9Y)合金热轧板材动态拉伸过程中裂纹萌生和 扩展情况.讨论合金的显微组织与断裂行为的相互关系.实验表明：在拉伸过程中，合金轧制态试样裂纹以撕裂的形式进行扩 展，断口区域有解理、准解理断裂痕迹.ZK60(Q9Y)合金裂纹萌生所需载荷大于ZK60合金，且在拉伸过程中发生第2相的破 碎，主裂纹沿第2相扩展，基体中的二次裂纹多萌生于第2相周围. 关键词ZK60合金：原位观察：断裂行为：显微组织 分类号TG146.2+2 Rupture behavior of ZK60(0.9Y)alloy sheets by SEM in situ observation WANG Bin,YI Dan-qing.LUO Wen-hai,WU Chun-ping,LIU Hui-qun School of Materials Science and Engineering.Central South University,Changsha 410083.China ABSTRACT Crack initiation and propagation in ZK60 and ZK60(0 9Y)alloy sheets during dy namic tensile process were investigat- ed by using in situ tensile scanning electron microsoope.The relationship betw een alloy microstmucture and rupture behavior was dis- cussed.Experimental results show that cracks in rolling samples propagate by tearing way.There are cleavage fracture and quasi- cleavage fracture in the fracure zone.The loading of crack initiationin ZK60(Q 9Y)alloy is larger than that of ZK60 alloy.The sec- ond phase breaks in the tensile process and the main crack propagates along the second phase.The secondary crack in matrix mostly germinates around the second phase. KEY WORDS ZK60 alloy:in situ observation:rupture behavion micmstructure 镁合金是目前工业上可应用的最轻的金属结构 文献9引对MgRE一Z一Zx合金的显微组织和力学 材料，其具有高的比强度、比刚度及优良的电磁屏蔽 性能进行了研究，认为稀土元素的加入可使合金在 性等而被誉为“21世纪的绿色工程金属材料”. 高温下的断裂模式由脆性断裂转变为延续断裂：文 ZK60(名义成分Mg一4.9Zm一0.7Zr)镁合金属于高 献[I0研究了稀土Nd对ZM5镁合金拉伸断口的 强变形镁合金，其具有较高的强度、良好的工艺塑性 影响，发现加入稀土Nd后改变了ZM5合金断口形 及可热处理强化等特性，是高强韧变形镁合金的研 貌，拉伸试样断口变为沿晶断裂十准解理断裂的混 究热点之」一到， 合断口形态；文献1)对热轧AZ31B镁合金板材的 目前国内外对于镁合金强韧化机制的研究已有 超塑性变形进行了分析，表明该情况下的断裂是由 定进展，特别是稀土元素对镁合金力学性能的影 晶界处形成的空洞不断长大、连接而引起的. 响已有许多研究成果一？，但其对合金断裂行为的 以上研究工作仅限于断裂行为静态的观察、分 影响缺乏深入分析.部分学者研究了稀土元素对镁 析，考察对象主要是拉伸断裂后的断口形貌，但实际 合金断裂特性的影响，例如：文献8)研究了稀土对 材料断裂的微观过程非常复杂，采用SEM电镜动 MgG山N一Zr合金的断裂行为的影响，认为稀土 态拉伸原位观察技术可以在位错层次和纳米尺度上 元素的含量及种类都对该合金的断裂机理有作用： 研究断裂的微观机理，能发现许多重要的现象和规 收稿日期：200803-14 基金项目：湖南省科技攻关项目(Na.04GK10082):教有部有色金属重点实验室基金资助项目 作者简介：王斌(1971一），男，博士研究生，E-maik wanghin325@263.nctSEM 原位观察 ZK60( 0.9Y) 镁合金板材的断裂行为 王 斌 易丹青 罗文海 吴春萍 刘会群 中南大学材料科学与工程学院, 长沙 410083 摘 要 利用原位拉伸扫描电镜观察, 研究 ZK60 合金及含稀土 Y 的 ZK60( 0.9Y) 合金热轧板材动态拉伸过程中裂纹萌生和 扩展情况, 讨论合金的显微组织与断裂行为的相互关系.实验表明:在拉伸过程中, 合金轧制态试样裂纹以撕裂的形式进行扩 展, 断口区域有解理、准解理断裂痕迹, ZK60( 0.9Y) 合金裂纹萌生所需载荷大于 ZK60 合金, 且在拉伸过程中发生第 2 相的破 碎, 主裂纹沿第 2 相扩展, 基体中的二次裂纹多萌生于第 2 相周围. 关键词 ZK60 合金;原位观察;断裂行为;显微组织 分类号 TG146.2 +2 Rupture behavior of ZK60( 0.9Y) alloy sheets by SEM in situ observation WANG Bin, YI Dan-qing, LUO Wen-hai , WU Chun-ping, LIU Hui-qun S chool of Materials S cience and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China ABSTRACT Crack initiation and propagation in ZK60 and ZK60( 0.9Y) alloy sheets during dy namic tensile process w ere investigat￾ed by using in situ tensile scanning electron microscope.The relationship betw een alloy microstructure and rupture behavio r was dis￾cussed .Experimental results show that cracks in rolling samples propagate by tearing w ay .There are cleav ag e fracture and quasi￾cleavage fracture in the fracture zone.The loading of crack initiatio n in ZK60( 0.9Y) alloy islarger than that of ZK60 alloy .The sec￾ond phase breaks in the tensile process and the main crack propagates along the seco nd phase.The seco ndary crack in matrix mostly g erminates around the second phase. KEY WORDS ZK60 alloy;in situ observation;rupture behavior;micro structure 收稿日期:2008-03-14 基金项目:湖南省科技攻关项目( No .04GK1008-2) ;教育部有色金属重点实验室基金资助项目 作者简介:王 斌( 1971—) , 男, 博士研究生, E-mail:wangbin325@263.net 镁合金是目前工业上可应用的最轻的金属结构 材料, 其具有高的比强度 、比刚度及优良的电磁屏蔽 性等而被誉为“ 21 世纪的绿色工程金属材料” . ZK60( 名义成分 Mg-4.9Zn-0.7Zr) 镁合金属于高 强变形镁合金, 其具有较高的强度 、良好的工艺塑性 及可热处理强化等特性, 是高强韧变形镁合金的研 究热点之一[ 1-3] . 目前国内外对于镁合金强韧化机制的研究已有 一定进展, 特别是稀土元素对镁合金力学性能的影 响已有许多研究成果 [ 4-7] , 但其对合金断裂行为的 影响缺乏深入分析.部分学者研究了稀土元素对镁 合金断裂特性的影响, 例如:文献[ 8] 研究了稀土对 M g-Gd-Nd-Zr 合金的断裂行为的影响, 认为稀土 元素的含量及种类都对该合金的断裂机理有作用 ; 文献[ 9] 对 M g-RE-Zn-Zr 合金的显微组织和力学 性能进行了研究, 认为稀土元素的加入可使合金在 高温下的断裂模式由脆性断裂转变为延续断裂;文 献[ 10] 研究了稀土 Nd 对 ZM5 镁合金拉伸断口的 影响, 发现加入稀土 Nd 后改变了 ZM 5 合金断口形 貌, 拉伸试样断口变为沿晶断裂 +准解理断裂的混 合断口形态;文献[ 11] 对热轧 AZ31B 镁合金板材的 超塑性变形进行了分析, 表明该情况下的断裂是由 晶界处形成的空洞不断长大 、连接而引起的. 以上研究工作仅限于断裂行为静态的观察 、分 析, 考察对象主要是拉伸断裂后的断口形貌, 但实际 材料断裂的微观过程非常复杂, 采用 SEM 电镜动 态拉伸原位观察技术可以在位错层次和纳米尺度上 研究断裂的微观机理, 能发现许多重要的现象和规 第 31 卷 第 5 期 2009 年 5 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.5 May 2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.05.008