【摘要】：鎂合金作為目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,被廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空航天、武器裝備等領(lǐng)域。Mg-RE系合金因其高強(qiáng)、耐熱等特點(diǎn),成為鎂合金領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。近年來,廉價(jià)的輕稀土釤(Sm)引起了研究人員的極大興趣,并且開發(fā)了Mg-Sm-Zn-Zr系合金�；谳p、重稀土復(fù)合添加能夠顯著改善鎂合金力學(xué)性能的理論,因此,本文設(shè)計(jì)開發(fā)了Mg-Sm-Yb-Zn-Zr系合金。本論文主要研究Yb對(duì)Mg-3.5Sm-0.6Zn-0.5Zr基合金組織、性能及其蠕變行為的影響。首先,本文研究了不同Yb含量對(duì)鑄態(tài)Mg-3.5Sm-0.6Zn-0.5Zr(M40)基合金微觀組織和力學(xué)性能影響,結(jié)果表明,Yb具有明顯的細(xì)化晶粒效果;M40合金中主要的第二相為Mg_3Sm(FCC,a=0.74nm),呈多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),分布在三叉晶界;Yb添加之后,第二相體積分?jǐn)?shù)增加,鑄態(tài)合金主要的第二相有晶界實(shí)心樹枝狀Mg_(24)RE_5相(BCC,a=1.12nm)和晶內(nèi)板條狀Mg_5RE相(FCC,a=2.22nm),且與Mg基體的位相關(guān)系為:(200)_(Mg5RE)和(-110-2)_(α-Mg)相差3.03~o,[012]_(Mg5RE)//[-24-23]_(α-Mg)。此外,在M40合金中發(fā)現(xiàn)了納米級(jí)板條狀柱面沉淀相Mg_3Sm和細(xì)長條狀基面沉淀相Mg_5Sm相;在Mg-3.5Sm-2Yb-0.6Zn-0.4Zr(M42)合金發(fā)現(xiàn)了納米級(jí)條紋狀Mg_(24)RE_5相、超細(xì)針狀Mg_3RE相以及基面堆垛層錯(cuò)。Yb添加對(duì)合金的力學(xué)性能具有顯著的提升,且隨著Yb含量的增加,屈服強(qiáng)度明顯提升,延伸率呈先增后減的趨勢(shì);鑄態(tài)M42合金展示了最佳的綜合力學(xué)性能(σ_b=234MPa,σ_(0.2)=131MPa,ε_(tái)f=18.4%),并且保持了良好的高溫(250~oC以下)拉伸性能。其次,研究了鑄態(tài)合金的蠕變行為,并分析M40和M42合金的蠕變變形機(jī)制。結(jié)果表明,Yb添加能夠明顯改善鑄態(tài)合金的蠕變性能,且鑄態(tài)M42合金展示了最優(yōu)的抗高溫蠕變性能�；谌渥兗せ钅芎腿渥儜�(yīng)力指數(shù),M40和M42合金在200~250~oC、60~100MPa條件下主導(dǎo)的蠕變機(jī)制是位錯(cuò)型蠕變,并伴隨著擴(kuò)散和晶界滑移的發(fā)生。另外,蠕變過程中的動(dòng)態(tài)析出相是提高合金蠕變抗力的主要原因。晶界r型空洞和w型裂紋的形核、聚集、長大是導(dǎo)致蠕變失效的主要原因。此外,研究了合金的固溶處理工藝,具體工藝為,M40和M405合金:520~oC-6h,冷水淬火;M41,M42和M43合金:525~oC-2h+515~oC-4h,80~100~oC熱水淬火。固溶之后,合金的塑性得到了明顯的改善,強(qiáng)度變化不大。并進(jìn)一步研究了M40和M42合金200~oC峰值時(shí)效析出相和力學(xué)性能。M40合金峰時(shí)效態(tài)主要的析出相有β’相和γ’’相,其中β’相,沿{10-10}二級(jí)棱柱面析出,底心斜方晶系(a=0.642 nm,b=2.224 nm,c=0.521 nm),與鎂基體的位相關(guān)系是:(001)_(β’)//(0001)_α,[2-10]_(β’)//[2-1-10]_α;γ’’相沿基面析出,有序的六方結(jié)構(gòu)(a=0.556nm,c=0.444nm)。M42合金峰時(shí)效態(tài)主要的析出相有:風(fēng)車狀析出相(由β’’相和β’相首尾相接,連接而成)、盤片狀β’’相、針狀的γ’’相和γ’相。其中β’’相,沿{11-20}二級(jí)棱柱面析出DO19結(jié)構(gòu)(a=0.642nm,c=0.521nm),與鎂基體的位相關(guān)系是:(10-10)_(β’’)//(10-10)_α,[0001]_(β’’)//[0001]_α;針狀γ’’相與鎂基體的位相關(guān)系是:(2-1-10)_(γ’’)//(-1100)_α,[0001]_(γ’’)//[0001]_α;針狀γ’是一種無序的六方結(jié)構(gòu)(a=0.321nm,c=0.781nm),與鎂基體的位相關(guān)系是:(0001)_(γ’)//(0001)_α,[2-1-10]_(γ’)//[2-1-10]_α。峰時(shí)效態(tài)M42合金展示了最佳的力學(xué)性能(σ_b=297MPa,σ_(0.2)=228MPa,ε_(tái)f=8.1%),優(yōu)于峰時(shí)效態(tài)WE43合金。另外,峰時(shí)效態(tài)合金保持了良好高溫力學(xué)性能,主要?dú)w因于良好熱穩(wěn)定性的γ’’相和γ’相。少量(0.5%)的Yb添加均能改善鑄態(tài)、固溶態(tài)和峰時(shí)效態(tài)合金的加工硬化效果;同時(shí)熱處理對(duì)合金的加工硬化效果也具有明顯的影響。鑄態(tài)和峰時(shí)效態(tài)M42合金的加工硬化效果對(duì)溫度有強(qiáng)烈的敏感性。
【圖文】：

究表明[39,43]，加工硬化不僅僅由位錯(cuò)相互作用粒[41,42]、大角度晶界[40,43]也會(huì)引起加工硬化。行為材料在高溫服役的重要性能指標(biāo)。蠕變是指金度）、高溫環(huán)境下的一種緩慢塑形變形行為。蠕和壓入蠕變。如圖 1.1 所示是典型的蠕變?cè)囼?yàn)代表蠕變應(yīng)變；蠕變曲線一般分為三個(gè)階段[1,7

圖 1.2 不同應(yīng)力和溫度所對(duì)應(yīng)的蠕變機(jī)制[48]。蠕變過程中，位錯(cuò)滑移是在高溫環(huán)境下進(jìn)行的，氣團(tuán)，，并阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。此時(shí)位錯(cuò)開動(dòng)的臨界切應(yīng)高的應(yīng)力。但是，高溫條件下柯氏氣團(tuán)會(huì)發(fā)生移動(dòng)的產(chǎn)生。因此這種位錯(cuò)滑移稱之粘滯滑移。另一方形成位錯(cuò)塞積群。在較低溫時(shí)，產(chǎn)生加工硬化；在過攀移或者交滑移的方式通過障礙，從而產(chǎn)生蠕變變應(yīng)力指數(shù)范圍為 3~7[1]。蠕變。在高溫和低應(yīng)力條件下，易發(fā)生晶界滑移。下晶界原子的定向擴(kuò)散、晶界遷移或晶間滑動(dòng)引起來自于晶界滑移，影響晶界滑移的因素主要有溫度變應(yīng)力的增加，晶界滑移對(duì)蠕變變形量的貢獻(xiàn)也隨面面積減小）則會(huì)減小其對(duì)蠕變變形量的貢獻(xiàn)。通
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.22

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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2 張洪杰,孟健,唐定驤;高性能鎂-稀土結(jié)構(gòu)材料的研制、開發(fā)與應(yīng)用[J];中國稀土學(xué)報(bào);2004年01期

3 丁文江;袁廣銀;;新型鎂合金的研究開發(fā)與應(yīng)用[J];有色金屬加工;2002年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 袁明;Mg-Sm-Gd-Zn-Zr系鎂合金的組織與性能研究[D];中南大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：2703197