Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金组织及蠕变行为研究

发布时间：2020-06-05 19:04

【摘要】：镁合金比强度、比刚度高,但是高温性能,特别是蠕变性能差,影响了镁合金在航空航天领域的发展,高强耐热镁合金的开发一直是研究的热点。本文利用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金铸态、时效态及蠕变之后的组织进行分析。高温拉伸实验和高温蠕变试验分别在Instron5500R电子万能材料试验机和SWT-2504高温蠕变持久实验机上进行,分析Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金的高温力学性能与高温蠕变性能,并对高温力学性能、蠕变行为及蠕变后的组织、断口、应力系数与激活能进行分析,确定了不同温度、应力下Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金的蠕变机制。同时与目前最常用的ZM6合金的蠕变行为进行比较,分析其蠕变机制的不同。Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金铸态组织晶粒尺寸约为78.7μm,为大小不一的等轴晶。析出相主要由骨骼状共晶相和块状相两种形貌。共晶相为Mg24Y5+Mg5Gd相,主要分布在三角晶界位置,此时共晶相为面心立方结构。块状相为富集Zr元素的颗粒。固溶时效处理后平均晶粒尺寸有所减小,为53.75μm。在晶粒内部及晶界位置仍有块状相存在。时效后晶粒内部析出细小片状相,片状相成椭圆形,且与基体具有一定位相关系。当温度高于250℃,抗拉强度与屈服强度随温度的增加明显下降;延伸率变化与强度变化趋势相反,随温度的升高明显增大。室温下拉伸断裂机制属于混合型准解理断裂机制;随温度的升高,断裂机制向延性断裂机制转变,当温度高于300℃时韧窝数量大量增加,解理面基本消失,断裂机制转变为微孔聚集型韧性断裂机制。Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金经过蠕变后,晶界处析出了粗大的长条状第二相,相比于时效态,析出相的尺寸和形貌都发生了变化。蠕变过程中在组织内部形成了位错线或位错网,析出相沿位错线或网析出并异常长大,使得蠕变后的析出相发生了偏转。蠕变后,组织内部存在空洞和楔形裂纹,二者聚集、扩展、长大形成裂纹,导致试样断裂。Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金当温度为200o C、250o C和275o C时,蠕变应力指数分别为5.3、5.16和4.69,位错攀移占主导位置。不同应力下的激活能均在229-325k J/mol的范围内,且Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金属于析出强化合金,合金的蠕变机制还有交滑移机制。ZM6合金200o C时蠕变应力指数3.39,此时位错滑移占主导位置,而225o C和250o C时,应力指数分别为2.27和2.68,此时晶界滑动为主要蠕变机制。而ZM6激活能都在140 k J/mol以下,说明此时ZM6合金的蠕变机制还伴有交滑移机制。
【图文】：

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文义，同时对高温抗蠕变镁合金构件的设计也具有重要的工程意土镁合金土元素的性质总体上相似，都在 Mg 中具有很大的固溶度，并温度的降低而降低。这是因为大多数稀土元素的原子半径和 差不大（如图 1-1[9]），而且大部分稀土元素和 Mg 相同，都具体结构。由于稀土元素具有特殊的核外电子排列，在金属合金适量的稀土元素，可以显著使金属的各个方面性能得到提升[

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文，稀土元素可以提高镁合金的耐腐蚀性，原因如下：首先，形成的氧化物活性低，对腐蚀性介质不敏感。这些氧化物存层，起到了钝化的效果[16]；其次，合金在电化学腐蚀过程中因相得形成而降低，稀土元素降低了合金的腐蚀电位，，导致化电阻增大，析氢过程困难，从而提高镁合金的耐蚀性[17]。，稀土元素对于镁合金的高温性能，抗蠕变性能，抗腐蚀性著的提升效果。g-Y 系镁合金中研究最广泛的稀土元素之一。与 Mg 一样，Y 是密稀土元素中最小的元素之一。 Mg 中 Y 的化合物可以从图 Mg-Y 二元体系中，可生成三种化合物，即 Mg24Y5，Mg2Y 和g-Y 二元化合物的晶体结构如表 1-1 所示[19]。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22

【参考文献】

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4 杨洪光;李永兵;崔洪芝;;Mg-9Gd-4Y-0.5Zr合金高温蠕变行为[J];金属热处理;2012年06期

5 吴文祥;靳丽;董杰;章桢彦;丁文江;;Mg-Gd-Y-Zr高强耐热镁合金的研究进展[J];中国有色金属学报;2011年11期

6 孙明;吴国华;王玮;侯正全;陈斌;丁文江;;Mg-Gd系镁合金的研究进展[J];材料导报;2009年11期

7 张清;李全安;文九巴;张兴渊;;稀土在镁合金腐蚀防护中的应用[J];腐蚀科学与防护技术;2007年02期

8 童炎;王渠东;高岩;顾金海;;Mg-13Gd-3Y-0.4Zr合金热处理工艺优化及其性能[J];轻金属;2007年03期

9 赵鸿金;张迎晖;康永林;王朝辉;;镁合金阻燃元素氧化热力学及氧化物物性分析[J];特种铸造及有色合金;2006年06期

10 彭卓凯,张新明,陈健美,肖阳,蒋浩,邓桢桢;Mn,Zr对Mg-Gd-Y合金组织与力学性能的影响[J];中国有色金属学报;2005年06期

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6 杜建锋;ZM6合金组织及高温性能研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

本文编号：2698477