微觀組織對鑄造NZ30K鎂合金室溫拉壓疲勞行為的影響.pdf

1、鎂合金較高的比強度、比剛度和良好的力學性能促使人們在鎂合金新材料領域開展了大量的研究工作，試圖開發(fā)出新型高強度鎂合金材料。最近的研究表明 Mg-3.0Nd-0.2Zn-Zr(wt.％)(NZ30K)合金是一種強度較高低稀土含量同時成型性能良好的鎂稀土合金，該合金室溫與高溫力學性能、耐腐蝕性能顯著優(yōu)于常規(guī)商用AZ91D合金，有望在航空航天、汽車等領域得到應用。然而，作為材料關鍵應用特性之一，NZ30K鎂合金的疲勞性能并沒有進行過系統(tǒng)深入的

2、研究，本文將展開這方面的研究工作。
　　本文主要研究晶粒度大小及其分布、常規(guī)鑄造成型工藝下不同顯微組織對NZ30K鎂合金室溫拉壓高周疲勞性能的影響。研究通過改變 Zr含量制備不同晶粒度大小及其分布不同的重力鑄造NZ30K鎂合金，通過重力金屬型、重力砂型、低壓金屬型和低壓砂型四種不同鑄造工藝制備具有不同顯微組織的NZ30K鎂合金，通過光學顯微鏡(OM)研究合金顯微組織，通過拉伸實驗測試合金室溫力學性能，采用德國 SincoTec M

3、AG50KN高頻疲勞機檢測合金的室溫高周疲勞性能，采用電子顯微鏡(SEM)對疲勞實驗斷口進行觀察與表征。
　　通過調整 Zr元素的含量，可以制備平均晶粒大小分別為40μm、60μm、100μm和180μm的NZ30K-T6鎂合金。隨著平均晶粒尺寸的減小，合金晶粒尺寸分布范圍減小并逐漸趨向于正態(tài)分布；合金室溫力學性能中，屈服強度隨平均晶粒尺寸的減小而升高，兩者呈 H-P關系，抗拉強度隨平均晶粒尺寸的減小先升高后降低，在60μm時達到

4、峰值，延伸率隨平均晶粒尺寸的減小先下降而后又升高，100μm時延伸率最低，60μm時延伸率最高。NZ30K-T6鎂合金達到107時的室溫拉壓疲勞極限強度隨合金晶粒尺寸的減小大體上呈現(xiàn)增加趨勢，平均晶粒尺寸從180μm到100μm，疲勞極限強度變化很小，增量為1MPa，而從100μm到60μm，合金疲勞強度提高比較明顯，增量為12MPa，而從60μm到40μm，材料疲勞強度略有下降，下降量小于1.5MPa。
　　NZ30K鎂合金在重

5、力金屬型鑄造(GPC)、重力砂型鑄造(GSC)、低壓金屬型鑄造(LPC)以及低壓砂型鑄造(LSC)四種不同的鑄造方式下的顯微組織與力學性能的差異，可以理解為合金常規(guī)凝固條件下不同冷卻速率的影響。凝固冷卻速率快(金屬型鑄造)時，合金晶粒尺寸成正態(tài)分布，且平均晶粒尺寸較小，凝固冷卻速率降低到砂型鑄造以后，合金晶粒尺寸分布范圍更加寬泛，明顯偏離正態(tài)分布，且晶粒不同區(qū)域分布不均勻，合金平均晶粒尺寸較大。對于短時拉伸性能而言，細小均勻的顯微組織，

6、有利于提高合金的力學性能，包括屈服強度、抗拉強度和延伸率。相對于提高幅度不大的屈服強度而言，抗拉強度和延伸率提高的幅度比較明顯。對于室溫疲勞性能而言，細小均勻的顯微組織并沒有顯著提高合金的性能：GPC-NZ30K-T6的疲勞強度為76.39±7.04MPa，GSC-NZ30K-T6合金的疲勞強度為75.27±0.75MPa，GPC-NZ30K-T6合金的均值疲勞強度僅比 GSC-NZ30K-T6提高了1.12MPa，但合金疲勞性能的波動

7、范圍卻大大增加；從合金疲勞性能波動范圍上講，晶粒分布不均的組織更有利于穩(wěn)定NZ30K合金的疲勞性能。
　　NZ30K鎂合金的疲勞斷面觀察結果表明，疲勞裂紋源總位于疲勞試驗外表面附近，整個斷口主要由三個特征區(qū)域組成，分別對應疲勞裂萌生區(qū)、疲勞裂紋擴展區(qū)和瞬時斷裂區(qū)。裂紋源區(qū)的斷口形貌總體相對平整，條紋清楚規(guī)則，斷口疲勞條紋大體呈平行分布，紋理間距較小；擴展區(qū)的形貌相對于源區(qū)斷面起伏有所增加，斷口疲勞條紋分布雜亂；瞬時斷裂區(qū)的斷面高低