Mg-Y-Gd-Zn-Zr鎂合金組織、性能及其蠕變行為研究.pdf_第1頁
已閱讀1頁,還剩197頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

1、鎂合金是目前實際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,具有比重小、比強度、比剛度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、阻尼性、切削加工性好等優(yōu)點。近年來人們相繼開發(fā)了Mg-Y-Nd-Zr和Mg-Gd-Y-Zr等新型的高強耐熱鎂合金。隨著Mg-RE合金的研究深入進行,很多研究者通過在合金中加入廉價的Zn來代替部分稀土,也獲得了相近的力學(xué)性能。并且還發(fā)現(xiàn)加入少量的zn,不僅可以調(diào)控Mg-RE系合金的時效析出組織;而且在適當(dāng)?shù)募尤肓亢凸に嚄l件下,Mg-RE-Zn系合金還產(chǎn)生

2、了除沉淀相以外的新相或結(jié)構(gòu),即長周期有序結(jié)構(gòu)(Long Period Stacking Ordered Structure,簡稱LPSO)。該結(jié)構(gòu)使Mg-RE系合金表現(xiàn)出優(yōu)異的室溫和高溫屈服強度、好的延伸率和高的應(yīng)變速率超塑性。
   根據(jù)前期Mg-Gd-Y-Zr合金在高強耐熱方面取得的實驗結(jié)果,本文考慮在該合金體系的基礎(chǔ)上,通過加入不同含量的Y元素(5-14wt.%)和不同含量的Zn元素(0.5-3wt.%)來研究它的微觀組織

3、和力學(xué)行為的關(guān)系,并在此基礎(chǔ)上重點研究了Mg-10Y-5Gd-2Zn合金的熱處理工藝、力學(xué)性能和高溫蠕變行為。
   本文以Mg-(5-14)Y-5Gd-(0-3)Zn-0.5Zr合金為研究對象,采用電感耦合等離子直讀光譜儀(ICP)、光學(xué)顯微鏡(OM)、差示掃描量熱儀(DSC)、差熱分析(DTA)、X射線衍射儀(XRD)、帶能譜分析(EDAX)的掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)等分析手段,通過硬度、室溫和高溫

4、拉伸及拉伸蠕變性能等,系統(tǒng)地研究了不同Y含量、Zn含量和熱處理工藝對Mg-(5-14)Y-5Gd-(0-3)Zn-0.5Zr合金的顯微組織、力學(xué)性能和蠕變性能的影響;探討了合金的強化機制,重點研究了時效析出相結(jié)構(gòu)、長周期結(jié)構(gòu)、形態(tài)、尺寸和分布的演變過程,為高性能稀土鎂合金的進一步開發(fā)和應(yīng)用提供理論和實踐依據(jù)。研究結(jié)果如下:
   1.通過研究不同Y含量的Mg-(5-14)Y-5Gd-2Zn-0.5Zr合金發(fā)現(xiàn):當(dāng)Y=8wt.%時

5、,晶界處開始出現(xiàn)黑色的條狀Mg12ZnY共晶相,并且晶內(nèi)開始產(chǎn)生精細(xì)的條紋狀LPSO結(jié)構(gòu)相。隨著Y含量的增加,晶界上的Mg24(GdYZn)5共晶相、黑色的Mg12ZnY相和晶內(nèi)的精細(xì)條紋LPSO結(jié)構(gòu)相都開始增多。鑄態(tài)Mg-10Y-5Gd-0.5Zr合金主要由a-Mg過飽和固溶體、網(wǎng)狀Mg24(GdY)5共晶相和花瓣狀的Zr核組成。該合金加入不同含量的Zn后,組織發(fā)生了明顯變化。晶內(nèi)出現(xiàn)了層片狀的精細(xì)條紋,隨著Zn含量的增加,晶界上大塊

6、條狀的Mg12ZnY相的數(shù)量也增加。鑄態(tài)Mg-10Y-5Gd-2Zn-0.5Zr合金主要由a-Mg過飽和固溶體,Mg24(GdYZn)5網(wǎng)狀共晶相,Mg12YZn大塊條狀共晶相和晶內(nèi)的層片狀精細(xì)條紋相組成。晶內(nèi)的層片狀精細(xì)條紋是6H'(ABCBCB')類型的LPSO結(jié)構(gòu);為畸變的6H類型,其a軸和c軸夾角為880°。
   2.通過研究Mg-10Y-5Gd-0.5Zr合金在500-550℃和0-48h固溶過程中組織演變規(guī)律,優(yōu)化

7、出了535℃×16h的最優(yōu)固溶工藝。在該工藝條件下,Mg24(GdY)5共晶相完全溶入了a-Mg基體,且晶粒沒有明顯長大。參考不同溫度固溶處理的力學(xué)性能,優(yōu)化出Mg-10Y-5Gd-2Zn-0.5Zr合金的最佳固溶工藝也為535℃×16h;而且還發(fā)現(xiàn)該合金在535-545℃固溶過程中,晶界的Mg24(GdYZn)5相全部溶入了基體,但是在晶界上依然殘留著Mg12ZnY相。
   3.研究發(fā)現(xiàn)Mg-10Y-5Gd-2Zn-0.5Z

8、r合金峰值硬度隨著時效溫度的上升而下降,過時效硬度下降幅度隨著時效溫度提高而加大。根據(jù)微觀組織和力學(xué)性能的變化,優(yōu)化出225℃2×24h為合金最佳時效工藝。拉伸實驗溫度從室溫升高到250℃的過程中,鑄造T6態(tài)Mg-10Y-5Gd-2Zn-0.5Zr合金的抗拉強度只發(fā)生了微弱的降低,而當(dāng)溫度高于250℃時,合金的抗拉強度急劇下降,延伸率大幅度提高。鑄造T6態(tài)Mg-10Y-5Gd-xZn-0.5Zr合金的常溫和高溫抗拉強度都明顯高于WE54

9、合金,高溫抗拉強度尤其明顯,其中Mg-10Y-5Gd-2Zn-0.5Zr合金在250℃和300℃的抗拉強度分別為326MPa和261MPa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同狀態(tài)下的WE54合金。
   4.研究還發(fā)現(xiàn)Mg-10Y-5Gd-2Zn-0.5Zr合金在225℃時效24小時后,晶內(nèi)析出B’相,該相具有底心正交晶體結(jié)構(gòu)(a=0.640nm,b=2.223nm,c=0.521nm),與鎂基體的取向關(guān)系為:(100)B'//(2(11)0)a,(0

10、01)B'//(0001)a,[010]B'//[10(1)0]a。峰值時效時橢球形B’相是主要的強化相,對合金的強度貢獻最大。此外,晶界上還殘存著大量塊狀Mg12ZnY相,該相經(jīng)過時效處理后結(jié)構(gòu)沒有明顯變化;晶內(nèi)仍然有6H’的LPSO結(jié)構(gòu)相。
   5.通過對Mg-10Y-5Gd-2Zn-0.5Zr合金在溫度(200-300℃)和應(yīng)力(30-120MPa)條件下的高溫蠕變測試發(fā)現(xiàn),該合金在應(yīng)力低于80MPa,溫度低于250℃的

11、范圍內(nèi),蠕變性能隨溫度的升高下降幅度較少,合金的蠕變性能很好;當(dāng)溫度高于300℃而應(yīng)力也高于80MPa時,合金的蠕變性能急劇變壞。對于鑄造T6態(tài)Mg-10Y-5Gd-2Zn-0.5Zr合金比較適宜的使用溫度不超過300℃,應(yīng)力不超過80MPa。Y含量在10-12wt.%的合金具有最佳的抗蠕變性能。
   6.研究還發(fā)現(xiàn),Zn元素可以顯著提高Mg-10Y-5Gd-0.5Zr合金的高溫蠕變性能。在300℃/50MPa條件下,鑄造T6

12、態(tài)Mg-10Y-5Gd-2Zn-0.5Zr的蠕變性能最好,穩(wěn)態(tài)蠕變速率ε min為6.60×10-8s-1,100小時的蠕變應(yīng)變總量ε100僅為1.76%。合金在250℃和300℃指定應(yīng)力范圍的應(yīng)力指數(shù)分別為2.3和5.1,在指定應(yīng)力30MPa和50MPa下的表觀激活能為分別為191.9KJ/mol和216.4KJ/mol。
   7.研究發(fā)現(xiàn),鑄態(tài)Mg-10Y-5Gd-2Zn-0.5Zr合金經(jīng)過300℃/50MPa蠕變至穩(wěn)態(tài)階

13、段(100h),晶內(nèi)的LPSO結(jié)構(gòu)相明顯增多;而且在晶內(nèi)和晶界還析出了一定量的粗大的平衡B相。晶界上依然存留著Mg12ZnY相。
   8.Mg-Y-Gd-Zr合金中加入一定量的Zn后,產(chǎn)生LPSO結(jié)構(gòu)相,對于位錯運動起了很大的阻礙作用。在高溫蠕變過程中,開動非基面位錯。LPSO結(jié)構(gòu)相在位錯的作用下內(nèi)部發(fā)生了嚴(yán)重的晶格畸變,產(chǎn)生彎曲變形,這樣的扭曲嚴(yán)重了阻礙了位錯的運動,從而使合金的蠕變性能提高。
   9.鑄造T6態(tài)M

14、g-10Y-5Gd-2Zn-0.5Zr合金在300℃/50MPa蠕變至穩(wěn)態(tài)階段(100h),晶內(nèi)和晶界處析出了一定量的粗大的β相。β析出相與基體界面產(chǎn)生大量錯配位錯,阻礙了位錯運動。在孿晶界和LPSO結(jié)構(gòu)交互作用的位置可以看到,LPSO結(jié)構(gòu)發(fā)生了偏轉(zhuǎn),形成了一定的角度。經(jīng)測量,該角度約為4.1°。
   10.Mg-Y-Gd-Zn-Zr合金的高溫蠕變變形機制為位錯滑移和晶界滑移。晶界上的Mg12ZnY相也起到了釘扎晶界的作用。L

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 眾賞文庫僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論