稀土對(duì)ZCuAl9Fe4Ni4Mn2合金組織及熱疲勞性能影響的研究.pdf

1、本文以ZCuAl9Fe4Ni4Mn2合金為基體合金，通過(guò)添加不同量的混合稀土La和Y，用砂型澆注成型，制備出ZCuAl9Fe4Ni4Mn2合金試驗(yàn)試樣。利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、光譜儀和光學(xué)顯微鏡分析(OM)等手段以及基本的力學(xué)性能測(cè)試法，研究添加不同量混合稀土La和Y后，ZCuAl9Fe4Ni4Mn2合金的力學(xué)性能、微觀組織、生成相形態(tài)及分布，并分析了其細(xì)化機(jī)理。應(yīng)用自約束型熱疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行ZCuAl9Fe4Ni

2、4Mn2合金的熱疲勞試驗(yàn)，研究稀土對(duì)ZCuAl9Fe4Ni4Mn2合金熱疲勞性能的影響。在熱疲勞過(guò)程中，對(duì)試樣的冷熱循環(huán)過(guò)程進(jìn)行完整觀測(cè)和系統(tǒng)的記錄，通過(guò)光學(xué)顯微鏡以及電子顯微鏡測(cè)定多組試樣的裂紋萌生位置及擴(kuò)展路徑，研究由于外界溫度漲落在材料內(nèi)部產(chǎn)生的熱應(yīng)力而造成的裂紋萌生及其擴(kuò)展機(jī)制。經(jīng)過(guò)多組及多溫度的試驗(yàn)，得到的主要結(jié)論如下:
　　1.加入復(fù)合稀土后的鑄態(tài)合金，和未加入稀土的鑄態(tài)合金相比，抗拉強(qiáng)度、延伸率和顯微硬度均發(fā)生變化，

3、其中稀土含量為0.167％的試樣抗拉強(qiáng)度提高2.7％，延伸率提高27.8％，顯微硬度提高8.8％，晶粒變得均勻，綜合力學(xué)性能得到提高。
　　2.鑄態(tài)鋁青銅的組織由β'+α+K+γ2等組成，其抗拉強(qiáng)度隨著稀土含量的增加先增加后減少，延伸率隨著混合稀土的增加而增加，顯微硬度也隨著稀土含量的增加先上升后下降，稀土添加量為0.167％的試樣抗拉強(qiáng)度為680MPa，延伸率為27.6％，擁有較好的綜合力學(xué)性能。晶粒大小隨著混合稀土的加入量增多

4、先變小后變大，適量稀土的加入能明顯細(xì)化晶粒，使晶粒均勻。其中，稀土添加量為0.167％的試樣組織最均勻。
　　3.當(dāng)混合稀土的添加量為0.167％時(shí)，ZCuAl9Fe4Ni4Mn2合金的塑韌性最好，延緩了熱疲勞裂紋的萌生與擴(kuò)展，從而顯著提高了合金的熱疲勞性能。試驗(yàn)過(guò)程中各試樣的裂紋在晶界處萌生，主要以沿晶擴(kuò)展的方式向前擴(kuò)展。當(dāng)循環(huán)次數(shù)增加到10000次之后，出現(xiàn)了穿晶擴(kuò)展，但這種擴(kuò)展在該試驗(yàn)中不具有典型性。隨著循環(huán)溫度的提高，不同

5、狀態(tài)合金試樣的裂紋擴(kuò)展增加且裂紋更粗大，表面的氧化腐蝕越嚴(yán)重，合金試樣的裂紋擴(kuò)展方式為沿晶擴(kuò)展和穿晶擴(kuò)展，合金試樣的裂紋依靠氧化腐蝕區(qū)和內(nèi)部小裂紋的橋接進(jìn)行擴(kuò)展。
　　4.熱疲勞試驗(yàn)中，上限溫度的升高顯著降低了ZCuAl9Fe4Ni4Mn2合金的熱疲勞壽命。溫度對(duì)裂紋擴(kuò)展速率也有重要影響，上限溫度較低時(shí)，擴(kuò)展速率隨裂紋長(zhǎng)度的增加呈現(xiàn)逐步遞減的趨勢(shì);上限溫度較高時(shí)，熱疲勞裂紋擴(kuò)展速率分為遞增和遞減兩個(gè)階段。
　　5.冷熱疲勞試