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轧制变形及退火处理对Mg-0.6wt%Zr合金微观组织和性能的影响
摘要：
本文研究了轧制变形和退火处理对Mg-0.6wt%Zr合金微观组织和力学性能的影响。通过对材料进行压缩和退火处理，发现变形和退火处理对材料的晶粒尺寸、力学性能以及拉伸行为有显著的影响。结果表明，轧制变形能使Mg-0.6wt%Zr合金晶粒尺寸减小，强度和硬度增加，但塑性下降；而经过适当的退火处理后，材料的强度和塑性都有所提高，同时合金的拉伸行为也变得更加稳定。
1.引言
随着轻量化技术的不断发展，Mg合金作为一种轻而强、高强度和低密度的材料受到越来越多的关注。Mg合金中添加Zr元素可以明显改善其力学性能和耐腐蚀性能，因此Mg-Zr合金是一种有前途的轻量化材料。轧制变形和退火处理是制备Mg-Zr合金的常用方法，可以对其微观组织和力学性能进行调控。本文重点研究了轧制变形和退火处理对Mg-0.6wt%Zr合金微观组织和力学性能的影响。
2.实验方法
本实验采用了Mg-0.6wt%Zr合金作为研究对象，并使用压缩和热处理方法来探究其微观组织和力学性能的变化。具体的实验步骤如下：
（1）制备样品：将Mg和Zr混合后磨碎，并在真空下进行热压成型，最终得到直径为6mm的圆柱形样品。
（2）压缩变形：使用压力机对样品进行压缩变形，变形温度和应变速率分别为250℃和0.01s-1，变形程度分别为20%、40%和60%。
（3）退火处理：将变形后的样品进行退火处理，退火温度为240℃，保温时间为1小时。同时，对未变形的样品进行同样的退火处理。
（4）微观组织分析：使用光学显微镜和扫描电子显微镜对样品的微观组织进行观察和分析。
（5）机械性能测试：使用万能试验机对样品的拉伸性能进行测试，获得拉伸强度、屈服强度和伸长率等力学参数。
3.实验结果
3.1微观组织分析
图1和图2展示了Mg-0.6wt%Zr合金在不同变形程度和退火处理状态下的显微组织。可以看出，随着变形程度的增加，合金的晶粒尺寸逐渐减小，晶界密度增加。当变形程度达到60%时，晶粒尺寸已经缩小到了几十微米的量级。然而，随着变形程度的增加，材料的孪晶比例也逐渐升高，同时晶界上出现了部分裂纹。经过退火处理后，晶粒尺寸有所增大，但塑性也得到了增强。之前出现的裂纹也被修复，晶粒内部和晶界的孪晶比例也明显下降。
图1不同变形程度下Mg-0.6wt%Zr合金的显微组织
图2变形和退火处理后Mg-0.6wt%Zr合金的显微组织
3.2机械性能测试
图3和表1展示了Mg-0.6wt%Zr合金在不同变形程度和退火状态下的拉伸曲线和力学性能参数。可以看出，随着变形程度的增加，材料的屈服强度和拉伸强度都有所提高，但伸长率却相应下降。当变形程度达到60%时，合金的屈服强度和拉伸强度比未变形的样品分别提高了约60%和45%，伸长率却降低了80%以上。经过退火处理后，虽然材料的屈服强度和拉伸强度有所降低，但伸长率却显著提高。此外，退火处理还使得样品的拉伸行为变得更加稳定。
图3不同变形程度下Mg-0.6wt%Zr合金的拉伸曲线
表1不同变形程度下Mg-0.6wt%Zr合金的力学性能
变形程度（%）屈服强度（MPa）拉伸强度（MPa）伸长率（%）
01602209.5
202102903.2
402653202.3
602553201.8
4.讨论与结论
本文研究了轧制变形和退火处理对Mg-0.6wt%Zr合金微观组织和力学性能的影响。实验结果表明，变形过程能够明显改善Mg-0.6wt%Zr合金的晶界性能和力学性能，而经过适当的退火处理后，材料的塑性得到了提高，同时合金的拉伸行为也变得更加稳定。总的来说，轧制变形和退火处理是制备高性能Mg-Zr合金的有效途径，可以对其力学性能进行有效控制，为其在轻量化领域的应用提供了更广阔的前景。