Mg-5Al-5Ca-xSn合金组织与蠕变性能研究

发布时间：2020-07-16 07:12

【摘要】：由于汽车轻量化成为当今时代的重要需求,应用于汽车动力系统的耐热镁合金需要具有能够长期在高温下服役的性能。研究具有这种高温耐热性能的镁合金是当前镁合金研究的重点和难点。目前国内外对于高温耐热镁合金的研究主要集中在Mg-Al-Ca(AX体系)的成分设计、蠕变性能以及断裂的机制。Mg-5Al-5Ca-xSn(x=0,0.5,1,1.5)(以下简写成 AX55-xSn(x=0,0.5,1,1.5)(wt.%)合金是由笔者所在课题组新近研究的耐热镁合金,前期研究已表明该合金在175℃-200℃具有良好的高温抗蠕变性能。因此,本文中以AX55-xSn(x=0,0.5,1,1.5)合金为研究对象,采用扫描电子显微镜(SEM)分析以及显微硬度、高温拉伸蠕变实验系统研究了合金:1)在 175℃/75MPa 对 AX55-xSn(x=0,0.5,1,1.5)经过 350℃/32h+500℃/16h 固溶处理+200℃/24h时效处理以及500℃/24h固溶处理+200℃/96h时效处理的合金分别进行100h蠕变实验;2)将表现出高温蠕变性能较好的AX55-1.5Sn合金进行150℃-225℃/50-80MPa,100h高温蠕变实验,对合金高温变形机制,强化机制进行研究。AX55-xSn(x=0,0.5,1,1.5)合金的高温蠕变性能研究结果如下:(1)两种热处理条件下合金的相组成一致。AX55-xSn(x=0.5,1,1.5)合金中存在的主要相为α-Mg,A12Ca,(Mg,Al)2Ca,CaMgSn相,AX55合金中由于没有Sn所以没有CaMgSn相。CaMgSn相靠近骨架相,体积分数较大。(2)合金中Sn元素的添加提高了合金的共晶温度并导致更多的A12Ca相在基体中析出。经过500℃/24h+200°℃/96h热处理工艺后合金基体中析出的A12Ca相相比350℃/32h+500℃/16h+200℃/24h热处理后的更多。AX55-1.5Sn常温下维氏硬度为124.5 1Hv。A12Ca相在基体中的析出对基体起到了强化的作用。(3)AX55-xSn(x=0,0.5,1,1.5)合金经过高温蠕变后,裂纹靠近骨架相并沿骨架相扩展。合金高温蠕变后的失效形式属于沿晶断裂。AX55-1.5Sn合金中只有少量空洞出现。CaMgSn相处在靠近骨架相位置,CaMgSn相与骨架相之间存在开裂现象,裂纹附近少量骨架相发生脱落,说明CaMgSn相与骨架相之间存在应力集中。(4)AX55-xSn(x=0,0.5,1,1.5)合金经过 500℃/24h+200℃/96h 热处理工艺后表现出更优秀的高温抗蠕变性能,在175℃/70MPa下蠕变100小时具有更低的蠕变速率以及更低的总蠕变量。AX55-1.5Sn合金抗蠕变性能在本次实验合金中最佳。(5)AX55-1.5Sn合金在 175℃/50MPa、60MPa、70MPa、80MPa 下进行 100h 蠕变,合金的最小蠕变速率分别为1.64×10-8s-1,3.8×10-8s-1,5.21×10-8s-1,1.23×10-7s-1。合金的蠕变量分别为 0.048%,0.052%,0.066%,0.086%。AX55-1.5Sn 合金在 150℃、175℃、200℃、225℃/50MPa下进行100h蠕变实验。合金的最小蠕变速率分别为6.01×10-9s-1,1.64×10-8s-1,5.04×10-8s-1,1 46×10-7s-1。100h 时,合金的总蠕变量分别为0.037%,0.048%,0.071%,0.088%。(6)当应力值为50-70MPa时,合金的应力指数为n=3.5。合金的蠕变主要由晶界滑动主导。当应力值为80MPa时,合金的应力指数为n=6.1。合金的蠕变主要由位错攀移主导。此外,在 150℃-225℃时,AX55-1.5Sn 合金的激活能Q≈162.3kJ/mol。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22

【参考文献】