微觀組織對(duì)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(qiáng)度、比剛度和良好的力學(xué)性能促使人們?cè)阪V合金新材料領(lǐng)域開展了大量的研究工作，試圖開發(fā)出新型高強(qiáng)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(qiáng)度較高低稀土含量同時(shí)成型性能良好的鎂稀土合金，該合金室溫與高溫力學(xué)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(lǐng)域得到應(yīng)用。然而，作為材料關(guān)鍵應(yīng)用特性之一，NZ30K鎂合金的疲勞性能并沒有進(jìn)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(duì)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(xué)顯微鏡(OM)研究合金顯微組織，通過拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)試合金室溫力學(xué)性能，采用德國(guó) SincoTec M

3、AG50KN高頻疲勞機(jī)檢測(cè)合金的室溫高周疲勞性能，采用電子顯微鏡(SEM)對(duì)疲勞實(shí)驗(yàn)斷口進(jìn)行觀察與表征。
　　通過調(diào)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(xué)性能中，屈服強(qiáng)度隨平均晶粒尺寸的減小而升高，兩者呈 H-P關(guān)系，抗拉強(qiáng)度隨平均晶粒尺寸的減小先升高后降低，在60μm時(shí)達(dá)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(shí)延伸率最低，60μm時(shí)延伸率最高。NZ30K-T6鎂合金達(dá)到107時(shí)的室溫拉壓疲勞極限強(qiáng)度隨合金晶粒尺寸的減小大體上呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，平均晶粒尺寸從180μm到100μm，疲勞極限強(qiáng)度變化很小，增量為1MPa，而從100μm到60μm，合金疲勞強(qiáng)度提高比較明顯，增量為12MPa，而從60μm到40μm，材料疲勞強(qiáng)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(xué)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(shí)，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(duì)于短時(shí)拉伸性能而言，細(xì)小均勻的顯微組織，

6、有利于提高合金的力學(xué)性能，包括屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率。相對(duì)于提高幅度不大的屈服強(qiáng)度而言，抗拉強(qiáng)度和延伸率提高的幅度比較明顯。對(duì)于室溫疲勞性能而言，細(xì)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(qiáng)度為76.39±7.04MPa，GSC-NZ30K-T6合金的疲勞強(qiáng)度為75.27±0.75MPa，GPC-NZ30K-T6合金的均值疲勞強(qiáng)度僅比 GSC-NZ30K-T6提高了1.12MPa，但合金疲勞性能的波動(dòng)

7、范圍卻大大增加；從合金疲勞性能波動(dòng)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(jié)果表明，疲勞裂紋源總位于疲勞試驗(yàn)外表面附近，整個(gè)斷口主要由三個(gè)特征區(qū)域組成，分別對(duì)應(yīng)疲勞裂萌生區(qū)、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)斷裂區(qū)。裂紋源區(qū)的斷口形貌總體相對(duì)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??；擴(kuò)展區(qū)的形貌相對(duì)于源區(qū)斷面起伏有所增加，斷口疲勞條紋分布雜亂；瞬時(shí)斷裂區(qū)的斷面高低