合金元素对耐热镁合金压入蠕变性能的影响

摘要

本文以铸造Mg-Al合金为基础，通过合金化得到AE、AEC、AECJ和AECS系镁合金。对铸态、固溶态和时效态各合金的高温压入蠕变性能进行试验，并对合金压入蠕变前后的组织和相成分变化进行检测分析。结果表明： （1）AE42合金的铸态组织主要由针状的Al11La3相和少量颗粒状Al2La相组成。Al11La3和Al2La在200℃下有很好的热稳定性，能阻碍晶界滑移和位错运动，以保证AE42合金的抗蠕变性能。Al在镁基体中的固溶度高，在应力作用下有利于β-Mg17Al12相不连续析出，恶化了AE42合金的蠕变抗力。 （2）AEC4108L合金的析出相为分布在晶界处的细针状和骨骼状相，及晶内的颗粒状相。在AEC4108L合金中添加少量Sr后，合金得到细化，且在晶界处有鱼骨状新相析出。在AEC4108L中添加（0．2～0．8）wt．％Si后，合金中有汉字状相析出。随Si含量的增加，合金组织有细化的趋势。AECS合金中有杆状、颗粒状、骨骼状和汉字状等相析出。且随Si含量增加，杆状、颗粒状和汉字状相含量增加。压入蠕变后，AEC4108L和AECJ410802L合金中无新相析出，但骨骼状量减少；AECS合金中的短杆状和颗粒状相量有增加。 各合金的析出相在压入蠕变过程中保持形貌基本不变。细针状是Al11La3，骨骼状是Al2Ca，颗粒状是Al2La鱼骨状是Al4Sr，汉字状是Mg2Si。AECS合金中的杆状、颗粒状和骨骼状相的组成较复杂，为多元相或二元相的混合物。 （3）含NdPr混合稀土的合金较含LPC的合金有更为明显的晶界，但晶粒的细化程度较差。在AEC4108N和AEC4108L合金中添加少量sr后合金变得更为均匀，且合金中的析出相也变得更为明显。AEC4108N和AEC4108L中的析出相形貌主要为针状、颗粒状、骨骼状和部分片状。AECJ410802N和AECJ410802L合金中的析出相的形貌变得更为明显，除针状、颗粒状和骨骼状相外，还在晶界处有少量鱼骨状相析出。混合稀土NdPr在对提高镁合金抗蠕变性能的作用比LPC混合稀土更明显，适量的Sr可提高AEC合金的抗蠕变性能。 （4）合金经热处理后抗蠕变性能变差，铸态最好，固溶态其次，时效态最差。热处理后，合金的析出相形貌无大的变化，析出相变得细化。在晶界处有不同量的细小片状和颗粒状β-Mg17Al12相析出。压入蠕变后，各形态合金的晶粒均有再结晶粗化的趋势，且晶粒尺寸随热处理时间的增加而增大。在固溶过程中，合金中的β-Mg17Al12相几乎都溶入镁基体中，而在时效过程中又沿着晶界析出。β-Mg17Al12相的低熔点是镁合金抗蠕变性能差的重要原因。 （5）在试验温度125℃、150℃、175℃、200℃，应力为55MPa、75MPa、95MPa条件下，各合金的压入蠕变数据可用εs=Aσnexp（-Qc/RT）表示。AE42、AEC4108L、AECJ410802L和AECS410808合金的平均应力指数分别为3．06、3．173、3．12和3．039，平均蠕变激活能分别为72．4kJ/mol、33．985kJ/mol、50．487kJ/mol和30．064kJ/mol，材料结构常数分别为0．0003285、1．25318×10-8、3．6389×10-8和1．08619×10-8。 （6）在压入条件下，AE42合金的蠕变机制为晶界扩散主导的位错粘滞性滑移，AEC4108L、AECJ410802L和AECS410808合金的蠕变机制均为晶界滑移主导的位错粘滞运动。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1镁合金的发展历史

1.2镁及镁合金的特点

1.3耐热镁合金的研究现状

1.4镁合金的应用

1.5耐热镁合金塑性变形机理

1.6耐热镁合金发展中亟待解决的问题

1.7课题研究的主要目的、内容、方法和技术路线

2试验方法

2.1试验材料

2.2试验设备

2.3实验过程

2.4材料表征

3合金元素对耐热镁合金压入蠕变性能的影响

3.1引言

3.2 AE42合金的压入蠕变行为

3.3 AEC4108L合金的压入蠕变行为

3.4 Si对AEC合金压入蠕变性能的影响

3.5 AECJ410802L合金的压入蠕变行为

3.6 Sr和RE对AEC合金压入蠕变性能的影响

3.7本章小结

4合金元素对耐热镁合金显微组织的影响

4.1引言

4.2 AE42的蠕变机理

4.3 AEC4108L合金的蠕变机理

4.4 Si对AECS合金显微组织的影响

4.5 AECJ410802L合金的蠕变机理

4.6 RE对AEC4108和AECJ410802合金组织的影响

4.7分析讨论

4.8本章小结

5热处理对耐热镁合金显微组织和压入蠕变性能的影响

5.1引言

5.2热处理对AE42合金显微组织和压入蠕变性能的影响

5.3热处理对AEC4108L合金显微组织和压入蠕变性能的影响

5.4热处理对AECJ410802L合金显微组织和压入蠕变性能的影响

5.5热处理对AECS410808合金显微组织和压入蠕变性能的影响

5.6热处理对合金显微硬度的影响

5.7裂纹机制

5.8本章小结

6结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表及完成的论文

致谢