挤压态Mg-6Gd-4Y-Nd-0.7Zr镁合金高温力学性能及蠕变性能研究

发布时间：2017-09-04 10:19

  本文关键词：挤压态Mg-6Gd-4Y-Nd-0.7Zr镁合金高温力学性能及蠕变性能研究

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【摘要】：现阶段对耐热镁合金的研究中,向传统镁合金中添加稀土元素使其获得较高的强韧性及耐热性成为一个主要方向。本文研究对象为挤压态Mg-6Gd-4Y-Nd-0.7Zr合金,目前对于富稀土镁合金的研究大部分都是关注于某个合金的组织与性能的定性探讨,而缺少对于合金微观组织演变与其强化机制之间联系的深入探究。此外,对于本文所研究的富稀土镁合金在高温条件下抗蠕变性能的研究还比较有限,仍需要进行系统地研究,为Mg-RE合金的开发与应用提供更加详尽的理论基础。本文以挤压态Mg-6Gd-4Y-Nd-0.7Zr合金(简称GWN641K)为研究对象,首先对该合金的挤压态微观组织形貌进行了观测与表征,并对其进行150℃-250℃高温瞬时力学性能以及合金在不同温度与应力状态下的蠕变性能进行了测试分析,以研究其耐热性能。同时对挤压态合金进行了时效处理,以研究时效态的微观组织演变规律,并获得最佳时效处理参数。随后,对时效态合金进行了高温力学性能测试,并从其微观组织演变层面对合金的高温强化机制进行分析与讨论,为该合金耐热机理的研究提供了更多的理论依据,并为该系合金在高温服役环境下的发展与应用提供了更多的理论基础。研究结果表明:挤压态GWN641K合金微观组织主要由沿挤压方向拉长的未发生动态再结晶的变形晶粒和大量细小、尺寸大小不一的等轴晶粒以及晶界上尺寸为1um左右的第二相组成,平均晶粒尺寸约为5.2um。合金在室温下屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为260.31MPa,318.70MPa和6.30%,该合金在挤压状态下,在150℃-200℃的温度区间内可以基本保持稳定服役,并保证强度在279MPa以上。试验获得最佳时效处理参数为225℃-72h,此时效状态下的GWN641K合金获得最高硬度值128.4HV,其室温屈服强度、抗位强度和延伸率分别为336.28MPa、371.77MPa和1.44%,屈服强度较挤压态提高了29%,抗拉强度提高了17%,但延伸率有所下降。时效后合金在温度为200℃及以下可以短时稳定服役,强度保持在361.94MPa以上,耐热性能较挤压态有很大的提高。时效态GWN641K合金在高温拉伸变形中,当拉伸温度为200℃时,纤维织构强度较高,合金基体位错含量较高,位错缠结与塞积较严重,由于晶粒内部弥散大量析出相,位错绕过时会残留环绕析出相的位错环,析出强化效果明显。当拉伸温度为250℃时,织构强度降低,同时组织中析出相或发生回溶,数量明显减少,析出强化作用减弱,同时开始发生位错攀移,释放应力集中,使合金软化,从而导致强度下降。挤压态GWN641K合金随着蠕变温度或是蠕变应力的增加,晶粒尺寸逐渐增加,挤压态晶界残留的第二相逐渐粗化,合金组织中逐渐析出条状β′相,该相有三种变体,在晶粒中平行分布或成60°夹角分布。而在晶界上会产生沿晶界生长的板条状β相,其与晶界粗大第二相随着变形量的增加,易成为加速蠕变阶段的裂纹源。合金在蠕变参数为250℃/60MPa-120MPa区间内,应力指数n=3.27,蠕变的变形机制以位错滑移机制为主,同时有晶界滑移机制共同参与作用;当合金在60MPa(200℃-300℃)区间内变形时,在250℃前后蠕变激活能发生较突变。蠕变温度低于250℃时,蠕变激活能QA=86.5k J/mol,此时合金以晶界滑移机制为主。当蠕变温度高于250℃时,QA=395.4k J/mol,此时蠕变激活能较大,其蠕变机制主要为交滑移机制。
【关键词】：Mg-Gd-Y-Nd-Zr 挤压 高温拉伸 时效 蠕变
【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】：2015
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题背景及研究目的和意义10-11
• 1.2 稀土镁合金研究现状11-13
• 1.3 稀土镁合金强化途径13-16
• 1.3.1 细晶强化13-14
• 1.3.2 固溶强化14
• 1.3.3 析出强化14-15
• 1.3.4 织构强化15-16
• 1.4 稀土镁合金塑性变形行为16-18
• 1.5 稀土镁合金蠕变行为研究18-19
• 1.6 本课题主要研究内容19-20
• 第2章 实验材料与试验方案20-24
• 2.1 试验材料20
• 2.2 合金的热处理方案20
• 2.3 材料性能测试方法20-22
• 2.3.1 硬度测试20-21
• 2.3.2 拉伸实验21
• 2.3.3 蠕变试验21-22
• 2.4 材料组织分析方法22-24
• 2.4.1 光学显微组织观察(OM)22
• 2.4.2 扫面电镜组织观察(SEM)22-23
• 2.4.3 透射电镜组织观察(TEM)23
• 2.4.4 EBSD测试23-24
• 第3章 挤压态MG-6GD-4Y-ND-0.7ZR合金组织及高温力学性能24-33
• 3.1 引言24
• 3.2 挤压态GWN641K镁合金微观组织24-26
• 3.3 挤压态GWN641K镁合金室温力学性能26-27
• 3.4 挤压态GWN641K合金高温力学性能与断口分析27-31
• 3.4.1 挤压态GWN641K合金高温力学性能27-29
• 3.4.2 挤压态GWN641K合金高温拉伸微观组织演变及断口分析29-31
• 3.5 本章小结31-33
• 第4章MG-6GD-4Y-ND-0.7ZR高温性能及强化机理研究33-48
• 4.1 引言33
• 4.2 挤压态GWN641K镁合金T5 处理33-40
• 4.2.1 挤压态GWN641K合金时效硬化曲线33-34
• 4.2.2 时效过程中GWN641K合金微观组织演变34-39
• 4.2.3 时效温度对GWN641K合金力学性能的影响39-40
• 4.3 T5 处理后GWN641K合金高温力学性能与断口分析40-46
• 4.3.1 T5 处理后GWN641K合金高温力学性能40-42
• 4.3.2 T5 处理后GWN641K合金高温拉伸微观组织演变及断口分析42-46
• 4.4 本章小结46-48
• 第5章MG-6GD-4Y-ND-0.7ZR蠕变性能研究48-59
• 5.1 引言48
• 5.2 挤压态GWN641K合金高温蠕变变形行为研究48-51
• 5.2.1 温度对GWN641K合金高温蠕变变形行为的影响48-50
• 5.2.2 应力对GWN641K合金高温蠕变变形行为的影响50-51
• 5.3 挤压态GWN641K合金高温蠕变微观组织规律研究51-54
• 5.3.1 温度对GWN641K合金微观组织的影响51-53
• 5.3.2 应力对GWN641K合金微观组织的影响53-54
• 5.4 蠕变本构方程的建立54-57
• 5.4.1 稳态蠕变速率54
• 5.4.2 激活能与应力指数54-56
• 5.4.3 蠕变机制的讨论56-57
• 5.5 本章小结57-59
• 结论59-61
• 参考文献61-65
• 致谢65

【共引文献】

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本文编号：790924