鎂釔系合金高溫蠕變行為研究.pdf

1、鎂合金是目前可實(shí)際應(yīng)用的最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有比重輕、比強(qiáng)度比剛度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、易加工成型和易回收等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、航空、電子通信等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而大部分商用鎂合金在服役溫度高于423K后，拉伸強(qiáng)度與抗蠕變性能大幅度下降，因此很難在汽車的的關(guān)鍵動(dòng)力系零部件和更苛刻環(huán)境下的技術(shù)領(lǐng)域得到應(yīng)用。多年來材料學(xué)界對(duì)耐熱鎂合金的開發(fā)與改進(jìn)開展了大量的工作，特別是開發(fā)出了具有良好高溫力學(xué)性能的含稀土及長周期結(jié)構(gòu)的耐熱鎂合金，但均缺乏對(duì)

2、其蠕變機(jī)理的深入了解。本文選擇固溶態(tài)Mg98Y2合金和含長周期堆垛結(jié)構(gòu)(LPSO)相的Mg97Y2Zn1合金為研究對(duì)象，從宏觀蠕變實(shí)驗(yàn)和蠕變過程中顯微組織變化的微觀分析兩個(gè)角度，系統(tǒng)研究了合金在各種條件下的蠕變行為和蠕變性能的變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上運(yùn)用物理冶金的經(jīng)典理論對(duì)蠕變實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合，從而進(jìn)一步分析探討兩種合金高溫蠕變過程的控制機(jī)制。
　　Mg98Y2合金的鑄態(tài)組織由α-Mg基體相和分布在枝晶上的少量塊狀Mg24Y5相組成。

3、經(jīng)過570℃-20h固溶處理后，塊狀Mg24Y5相基本溶入基體。Mg97Y2Zn1合金的鑄態(tài)組織由α-Mg基體相、18R-LPSO相及少量塊狀Mg24Y5相組成，18R-LPSO相呈現(xiàn)塊狀和細(xì)條紋狀兩種形貌，前者與基體形成共晶，后者分布在晶界附近。經(jīng)過520℃-20h固溶處理后，細(xì)條紋狀的18R-LPSO相完全溶入基體，而塊狀18R-LPSO相部分溶入基體。與此同時(shí)，大量條紋狀14H-LPSO相在晶內(nèi)析出，塊狀Mg24Y5相體積分?jǐn)?shù)也有

4、所增加。
　　在473～623K、10～130MPa條件下的蠕變實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，含長周期結(jié)構(gòu)相的Mg97Y2Zn1合金的穩(wěn)態(tài)蠕變速率和100小時(shí)總應(yīng)變量均低于Mg98Y2合金，兩者的差距隨著溫度的升高呈增大趨勢。蠕變?cè)囼?yàn)溫度越高，Mg97Y2Zn1合金抗蠕變性能的優(yōu)勢越顯著。
　　TEM觀察顯示，在較低溫度(473K)下的蠕變過程中，Mg98Y2合金顯微組織中析出大量納米尺度β'相，它有效限制了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而使合金表現(xiàn)出良好的

5、抗蠕變性能。隨著蠕變溫度升高時(shí)，β'的析出減少，合金抗蠕變性能由此下降。TEM觀察還發(fā)現(xiàn)了Mg98Y2合金蠕變后試樣中的孿晶、位錯(cuò)墻和擴(kuò)展位錯(cuò)等亞結(jié)構(gòu)。
　　對(duì)Mg97Y2Zn1合金蠕變?cè)嚇拥娘@微組織分析發(fā)現(xiàn)，隨著蠕變過程溫度升高，Mg97Y2Zn1合金中14H-LPSO相體積分?jǐn)?shù)增加、分布密度變大，塊狀18R-LPSO相的結(jié)構(gòu)由18R轉(zhuǎn)變?yōu)?H， Mg24Y5相數(shù)量逐漸減少。在473～623K試驗(yàn)條件下，長周期結(jié)構(gòu)相附近產(chǎn)生了大

6、量位錯(cuò)塞積，說明了長周期對(duì)改善合金抗蠕變性能的重要作用。TEM觀察還發(fā)現(xiàn)，Mg97Y2Zn1合金蠕變后試樣中位錯(cuò)沿長周期生長方向排列，表明位錯(cuò)可能對(duì)長周期結(jié)構(gòu)相的形核和生長起了促進(jìn)作用。
　　依據(jù)經(jīng)典蠕變理論，采用應(yīng)力指數(shù)n和蠕變激活能Q推斷本文中兩種合金的蠕變機(jī)制，有時(shí)并不能得到一致的結(jié)論，表明現(xiàn)有的基于FCC結(jié)構(gòu)的蠕變理論并不能合理地解釋具有HCP結(jié)構(gòu)的鎂合金蠕變控制機(jī)制。本文依據(jù)應(yīng)力指數(shù)判據(jù)和Weertman位錯(cuò)攀移模型擬合