Microstructure Evolution in Isochronally Heat Treated Mg–Gd Alloys

Abstract

High thermal stability and good mechanical properties are crucial for the wider future application of magnesium alloys. One of the most promising directions is the alloying of Mg with heavy rare earth elements such as Gd, Dy, Tb, etc. Three squeeze cast Mg–Gd binary alloys (up to 15 wt% Gd) have been investigated after a solution heat treatment by isochronal annealing up to 500 °C using electrical resistivity and hardness measurements. The microstructural development during this treatment, responsible for the observed changes, was observed by transmission electron microscopy. The decomposition of α′-Mg supersaturated solid solution in Mg–14.55 wt% Gd with increasing heating temperature is as follows: β″ (D019) metastable phase β′ (c-b.c.o.) metastable phase β(Mg5Gd f.c.c.) stable. Peak hardening is achieved by a heat treatment resulting in precipitation of β′ phase in the shape of fine plates parallel to all three 21-1-0 planes of the α-Mg matrix. At higher temperatures (above 280 °C) coarsening occurs and only one orientation of β′ plates remains. The decomposition of Mg–4.47 wt% Gd and Mg–9.33 wt% Gd alloys differs from that of Mg–14.55 wt% Gd by the absence of the β′ phase. Um das Anwendungsfeld fur Magnesiumlegierungen zu erweitern, ist die Entwicklung von Legierungen mit hoher thermischer Stabilitat bei gleichzeitig guten mechanischen Eigenschaften erforderlich. Eine der vielversprechendsten Entwicklungen ist das Zulegieren von schweren Seltenen Erden wie z. B. Gd, Dy und Tb. Nach einer Homogenisierungsbehandlung wurden drei presgegossene binare Mg–Gd-Legierungen (bis zu 15 Gew.% Gd) mit Hilfe elektrischer Widerstandsmessungen und Hartemessungen hinsichtlich ihres Verhaltens bei isochronen Gluhungen bis zu 500 °C untersucht. Die wahrend dieser Warmebehandlung eingetretenen mikrostrukturellen Veranderungen wurden mittels transmissionselektronenmiskroskopischer Untersuchungen verfolgt. Mit der Gluhungstemperaturerhohung bilden sich in einer Mg–14,55 Gew% Gd-Legierung folgende Phasen: β″ (D019) metastabile Phase β′ (c-b.c.o.) metastabile Phase β (Mg5Gd f.c.c.) stabil. Die hochsten Hartewerte sind mit einer Warmebehandlung erreichbar, die zur Bildung der β′-Phase in Form feiner Plattchen parallel zu allen drei 21-1-0-Ebenen der Mg-Matrix fuhrt. Bei hoheren Temperaturen (uber 280 °C) bleibt nur eine Orientierung der β′-Phase erhalten und es tritt eine Vergroberung ein. Die korrespondierenden Entmischungsvorgange in einer Mg–4,47 Gew.% Gd- und einer Mg–9,33 Gew.% Gd-Legierung ist durch die Abwesenheit der β′-Phase gekennzeichnet.