含釔耐熱鎂合金的組織性能研究.pdf

1、鎂-稀土(Mg-RE)基合金由于具有優(yōu)異的室溫和高溫力學(xué)性能，而成為引人關(guān)注的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。在所有的稀土元素中，Y（釔）被認(rèn)為是提高鎂合金高溫性能最有效的元素，由此開發(fā)了一系列Mg-Y-RE基耐熱鎂合金。近年來，人們相繼研究了Mg-Y-Nd-Zr和Mg-Y-Sm-Zr等新型的高強(qiáng)耐熱鎂合金。隨著Mg-RE基合金研究的深入進(jìn)行，一些研究者發(fā)現(xiàn)，通過在Mg-RE基合金中加入廉價的堿土元素Ca(鈣)來代替部分稀土元素，也可獲得相近的力學(xué)性能，

2、并且還發(fā)現(xiàn)，加入少量的合金元素Sb(銻)，可以進(jìn)一步改善Mg-RE基合金的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能。
　　本文采用光學(xué)顯微鏡(OM)、X射線衍射儀(XRD)、帶有電子能譜儀(EDS)的掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)等，通過硬度測試、室溫和高溫拉伸及蠕變試驗(yàn)等，系統(tǒng)地研究了Mg-(2-12)Y、Mg-5Y-(2-4)Sm-0.8Ca、Mg-5Y-3Sm-0.8Ca-(0.1-1.0)Sb(wt.％)等Mg-Y基合金的

3、顯微組織、力學(xué)性能和蠕變行為，成功地制備出了高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能優(yōu)異的Mg-5Y-3Sm-0.8Ca-0.5Sb合金。研究結(jié)果表明:
　　Mg-(2-12)Y合金的鑄態(tài)組織均由α-Mg基體和Mg24Y5相組成;Mg24Y5可以作為α-Mg形核的有效核心，從而細(xì)化合金的晶粒尺寸;隨著Y含量的增加，鑄態(tài)Mg-Y合金的室溫抗拉強(qiáng)度先增加后降低，且在10％Y時取得最大值(200MPa)，而在5％Y時抗拉強(qiáng)度為178MPa;Mg-5Y合金可

4、以作為開發(fā)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的基礎(chǔ)。
　　Mg-5Y-(2-4)Sm-0.8Ca合金的鑄態(tài)組織均由α-Mg基體和Mg24Y5、Mg41Sm5、Mg2Ca相組成;隨著Sm含量的增加，鑄態(tài)Mg-Y-Sm-Ca合金的室溫抗拉強(qiáng)度和伸長率均先增加后降低，其中Mg-5Y-3Sm-0.8Ca合金的力學(xué)性能最好，其抗拉強(qiáng)度為208MPa，高于Mg-10Y合金，與Mg-5Y合金相比有了顯著的增加。Mg-5Y-3Sm-0.8Ca合金經(jīng)525℃/6h固溶處

5、理，共晶相大部分溶入鎂基體，在225℃進(jìn)行時效時，合金的時效析出序列為S.S.S.S.→β"相→β'相→β相;合金的時效硬化效應(yīng)明顯，225℃峰值時效時間為12h;經(jīng)過固溶時效處理后，合金的室溫抗拉強(qiáng)度為224MPa，隨著拉伸試驗(yàn)溫度的升高，合金的抗拉強(qiáng)度下降幅度較小，250℃時仍為188MPa。
　　Mg-5Y-3Sm-0.8Ca合金中加入0.1％-1.0％的合金元素Sb后，合金中有高熔點(diǎn)的Mg3Sb2相生成;合金具有良好的室溫

6、及高溫力學(xué)性能，隨著Sb含量的增加，時效態(tài)合金的屈服和抗拉強(qiáng)度均先增加后降低，而伸長率變化不大;在室溫和高溫下，合金的斷裂方式均為脆性斷裂，強(qiáng)化機(jī)制主要為細(xì)晶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化等;在室溫、200℃、250℃、300℃時，Mg-5Y-3Sm-0.8Ca-0.5Sb合金的抗拉強(qiáng)度最高，分別為266MPa、244MPa、216MPa和208MPa，從室溫到300℃，抗拉強(qiáng)度僅下降22％，高溫抗拉強(qiáng)度極其穩(wěn)定，從200℃到300℃，抗拉強(qiáng)度僅下降3

7、6MPa，下降幅度僅為15％，其穩(wěn)定性優(yōu)于發(fā)展最為成功的商用耐熱鎂合金WE43。
　　Mg-5Y-3Sm-0.8Ca-0.5Sb合金在200-300℃/50-70MPa條件下具有優(yōu)異的抗蠕變性能，即使在250-300℃/70MPa條件下，仍具有比商用耐熱鎂合金WE43在250℃/60MPa條件下更低的穩(wěn)態(tài)蠕變速率;在50MPa應(yīng)力下蠕變100h后，合金的晶粒尺寸隨著蠕變溫度的升高而增大，當(dāng)溫度達(dá)到300℃時，合金發(fā)生明顯的動態(tài)再結(jié)