本文關(guān)鍵詞：擠壓態(tài)Mg-6Gd-4Y-Nd-0.7Zr鎂合金高溫力學(xué)性能及蠕變性能研究

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【摘要】：現(xiàn)階段對耐熱鎂合金的研究中,向傳統(tǒng)鎂合金中添加稀土元素使其獲得較高的強(qiáng)韌性及耐熱性成為一個主要方向。本文研究對象為擠壓態(tài)Mg-6Gd-4Y-Nd-0.7Zr合金,目前對于富稀土鎂合金的研究大部分都是關(guān)注于某個合金的組織與性能的定性探討,而缺少對于合金微觀組織演變與其強(qiáng)化機(jī)制之間聯(lián)系的深入探究。此外,對于本文所研究的富稀土鎂合金在高溫條件下抗蠕變性能的研究還比較有限,仍需要進(jìn)行系統(tǒng)地研究,為Mg-RE合金的開發(fā)與應(yīng)用提供更加詳盡的理論基礎(chǔ)。本文以擠壓態(tài)Mg-6Gd-4Y-Nd-0.7Zr合金(簡稱GWN641K)為研究對象,首先對該合金的擠壓態(tài)微觀組織形貌進(jìn)行了觀測與表征,并對其進(jìn)行150℃-250℃高溫瞬時力學(xué)性能以及合金在不同溫度與應(yīng)力狀態(tài)下的蠕變性能進(jìn)行了測試分析,以研究其耐熱性能。同時對擠壓態(tài)合金進(jìn)行了時效處理,以研究時效態(tài)的微觀組織演變規(guī)律,并獲得最佳時效處理參數(shù)。隨后,對時效態(tài)合金進(jìn)行了高溫力學(xué)性能測試,并從其微觀組織演變層面對合金的高溫強(qiáng)化機(jī)制進(jìn)行分析與討論,為該合金耐熱機(jī)理的研究提供了更多的理論依據(jù),并為該系合金在高溫服役環(huán)境下的發(fā)展與應(yīng)用提供了更多的理論基礎(chǔ)。研究結(jié)果表明:擠壓態(tài)GWN641K合金微觀組織主要由沿擠壓方向拉長的未發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的變形晶粒和大量細(xì)小、尺寸大小不一的等軸晶粒以及晶界上尺寸為1um左右的第二相組成,平均晶粒尺寸約為5.2um。合金在室溫下屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為260.31MPa,318.70MPa和6.30%,該合金在擠壓狀態(tài)下,在150℃-200℃的溫度區(qū)間內(nèi)可以基本保持穩(wěn)定服役,并保證強(qiáng)度在279MPa以上。試驗獲得最佳時效處理參數(shù)為225℃-72h,此時效狀態(tài)下的GWN641K合金獲得最高硬度值128.4HV,其室溫屈服強(qiáng)度、抗位強(qiáng)度和延伸率分別為336.28MPa、371.77MPa和1.44%,屈服強(qiáng)度較擠壓態(tài)提高了29%,抗拉強(qiáng)度提高了17%,但延伸率有所下降。時效后合金在溫度為200℃及以下可以短時穩(wěn)定服役,強(qiáng)度保持在361.94MPa以上,耐熱性能較擠壓態(tài)有很大的提高。時效態(tài)GWN641K合金在高溫拉伸變形中,當(dāng)拉伸溫度為200℃時,纖維織構(gòu)強(qiáng)度較高,合金基體位錯含量較高,位錯纏結(jié)與塞積較嚴(yán)重,由于晶粒內(nèi)部彌散大量析出相,位錯繞過時會殘留環(huán)繞析出相的位錯環(huán),析出強(qiáng)化效果明顯。當(dāng)拉伸溫度為250℃時,織構(gòu)強(qiáng)度降低,同時組織中析出相或發(fā)生回溶,數(shù)量明顯減少,析出強(qiáng)化作用減弱,同時開始發(fā)生位錯攀移,釋放應(yīng)力集中,使合金軟化,從而導(dǎo)致強(qiáng)度下降。擠壓態(tài)GWN641K合金隨著蠕變溫度或是蠕變應(yīng)力的增加,晶粒尺寸逐漸增加,擠壓態(tài)晶界殘留的第二相逐漸粗化,合金組織中逐漸析出條狀β′相,該相有三種變體,在晶粒中平行分布或成60°夾角分布。而在晶界上會產(chǎn)生沿晶界生長的板條狀β相,其與晶界粗大第二相隨著變形量的增加,易成為加速蠕變階段的裂紋源。合金在蠕變參數(shù)為250℃/60MPa-120MPa區(qū)間內(nèi),應(yīng)力指數(shù)n=3.27,蠕變的變形機(jī)制以位錯滑移機(jī)制為主,同時有晶界滑移機(jī)制共同參與作用;當(dāng)合金在60MPa(200℃-300℃)區(qū)間內(nèi)變形時,在250℃前后蠕變激活能發(fā)生較突變。蠕變溫度低于250℃時,蠕變激活能QA=86.5k J/mol,此時合金以晶界滑移機(jī)制為主。當(dāng)蠕變溫度高于250℃時,QA=395.4k J/mol,此時蠕變激活能較大,其蠕變機(jī)制主要為交滑移機(jī)制。
【關(guān)鍵詞】：Mg-Gd-Y-Nd-Zr 擠壓 高溫拉伸 時效 蠕變
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.22
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 課題背景及研究目的和意義10-11
• 1.2 稀土鎂合金研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 稀土鎂合金強(qiáng)化途徑13-16
• 1.3.1 細(xì)晶強(qiáng)化13-14
• 1.3.2 固溶強(qiáng)化14
• 1.3.3 析出強(qiáng)化14-15
• 1.3.4 織構(gòu)強(qiáng)化15-16
• 1.4 稀土鎂合金塑性變形行為16-18
• 1.5 稀土鎂合金蠕變行為研究18-19
• 1.6 本課題主要研究內(nèi)容19-20
• 第2章 實(shí)驗材料與試驗方案20-24
• 2.1 試驗材料20
• 2.2 合金的熱處理方案20
• 2.3 材料性能測試方法20-22
• 2.3.1 硬度測試20-21
• 2.3.2 拉伸實(shí)驗21
• 2.3.3 蠕變試驗21-22
• 2.4 材料組織分析方法22-24
• 2.4.1 光學(xué)顯微組織觀察(OM)22
• 2.4.2 掃面電鏡組織觀察(SEM)22-23
• 2.4.3 透射電鏡組織觀察(TEM)23
• 2.4.4 EBSD測試23-24
• 第3章 擠壓態(tài)MG-6GD-4Y-ND-0.7ZR合金組織及高溫力學(xué)性能24-33
• 3.1 引言24
• 3.2 擠壓態(tài)GWN641K鎂合金微觀組織24-26
• 3.3 擠壓態(tài)GWN641K鎂合金室溫力學(xué)性能26-27
• 3.4 擠壓態(tài)GWN641K合金高溫力學(xué)性能與斷口分析27-31
• 3.4.1 擠壓態(tài)GWN641K合金高溫力學(xué)性能27-29
• 3.4.2 擠壓態(tài)GWN641K合金高溫拉伸微觀組織演變及斷口分析29-31
• 3.5 本章小結(jié)31-33
• 第4章MG-6GD-4Y-ND-0.7ZR高溫性能及強(qiáng)化機(jī)理研究33-48
• 4.1 引言33
• 4.2 擠壓態(tài)GWN641K鎂合金T5 處理33-40
• 4.2.1 擠壓態(tài)GWN641K合金時效硬化曲線33-34
• 4.2.2 時效過程中GWN641K合金微觀組織演變34-39
• 4.2.3 時效溫度對GWN641K合金力學(xué)性能的影響39-40
• 4.3 T5 處理后GWN641K合金高溫力學(xué)性能與斷口分析40-46
• 4.3.1 T5 處理后GWN641K合金高溫力學(xué)性能40-42
• 4.3.2 T5 處理后GWN641K合金高溫拉伸微觀組織演變及斷口分析42-46
• 4.4 本章小結(jié)46-48
• 第5章MG-6GD-4Y-ND-0.7ZR蠕變性能研究48-59
• 5.1 引言48
• 5.2 擠壓態(tài)GWN641K合金高溫蠕變變形行為研究48-51
• 5.2.1 溫度對GWN641K合金高溫蠕變變形行為的影響48-50
• 5.2.2 應(yīng)力對GWN641K合金高溫蠕變變形行為的影響50-51
• 5.3 擠壓態(tài)GWN641K合金高溫蠕變微觀組織規(guī)律研究51-54
• 5.3.1 溫度對GWN641K合金微觀組織的影響51-53
• 5.3.2 應(yīng)力對GWN641K合金微觀組織的影響53-54
• 5.4 蠕變本構(gòu)方程的建立54-57
• 5.4.1 穩(wěn)態(tài)蠕變速率54
• 5.4.2 激活能與應(yīng)力指數(shù)54-56
• 5.4.3 蠕變機(jī)制的討論56-57
• 5.5 本章小結(jié)57-59
• 結(jié)論59-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 致謝65

【共引文獻(xiàn)】

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