显微AZ系镁合金压入蠕变行为

摘要：镁合金的高温性能尤其是抗蠕变性能较差，制约了其在工业上广泛运用。提升镁合金的高温性能一直是镁合金探讨的热点。本论文选用工业上较为常用的AZ81合金为基础，添加富铈稀土得到AZ81+0.5%RE合金，AZ81+1.5%RE合金和AZ81+2.5%RE合金。采取自制的试验装置对其进行压入蠕变试验，通过建立稳态压入蠕变本构方程浅析合金蠕变时的行为特点，利用X射线衍射和扫描电子显微镜等设备观察蠕变前后组织和成分的变化，探讨合金在试验条件下的蠕变机制。结果表明：⑴在温度为120~180℃，应力为125~175MPa的试验条件下，AZ81合金、AZ81+0.5%RE合金，AZ81+1.5%RE合金和AZ81+2.5%RE合金在稳态压入蠕变时应力指数n的平均值分别为2.33、2.20、1.98和1.62，蠕变激活能Q C的平均值分别为49.0kJ/mol、52.9kJ/mol、56.0kJ/mol和59.6kJ/mol，材料结构常数A分别为2360、2080、471和130。⑵AZ81合金的铸态组织为α-Mg和β-Mg17Al12，蠕变后没有新相生成，但是蠕变历程中在晶界处有大量的、粗大的Mg17Al12相非连续析出，导致合金的抗蠕变性能急剧下降。⑶向AZ81合金中添加富铈稀土后，在凝固时会在晶界析出针状或点状的Al4Ce相，Al4Ce相能阻碍晶粒的生长，起到细化晶粒的作用。AZ81+0.5%RE合金，AZ81+1.5%RE合金和AZ81+2.5%RE合金的铸态组织都是α-Mg、β-Mg17Al12和Al4Ce相。在AZ81+2.5%RE合金中Al4Ce相的形貌比较粗大。⑷含稀土的AZ81合金进行蠕变试验后没有新相生成。添加稀土的含量越高，AZ81E合金的抗蠕变性能越好。由于Ce元素和Al元素的结合能力较强，在蠕变历程中会生成熔点较高的Al4Ce相，抑制了Mg17Al12相的非连续析出。此外Al4Ce相针扎晶界的能力较强，进一步提升合金的抗蠕变性能。⑸在本试验设定的温度和应力条件下，AZ81合金和AZ81+0.5%RE合金蠕变时占主导的是晶界滑移机制，此外还有着位错滑移机制但对蠕变的影响作用较小。AZ81+1.5%RE合金和AZ81+2.5%RE合金蠕变时占主导的是晶界滑移机制，此外有扩散蠕变机制伴随晶界滑移出现，但是对蠕变的影响不大。⑹尽管稀土添加量越高，AZ81合金的抗蠕变性能越好，但是结合合金在常温时的综合力学性能，以及高温时的抗拉强度、屈服强度和韧性，还有经济因素综合考虑，富铈稀土在AZ81合金中的最佳添加量为1.5%。关键词：AZ81合金论文压入蠕变论文本构方程论文显微组织论文蠕变机制论文

摘要4-6

Abstract6-10

1 绪论10-28

1.1 引言10-13

1.1.1 镁的基本性质10-11

1.1.2 镁合金的特点11-12

1.1.3 镁合金的运用近况12-13

1.2 耐热镁合金的探讨进展13-17

1.2.1 耐热镁合金的研发思路13-14

1.2.2 耐热镁合金系14-17

1.3 镁合金高温塑性变形机理17-23

1.3.1 蠕变和蠕变速率17-19

1.3.2 蠕变机制19-23

1.4 提升 Mg-Al 合金蠕变性能的途径23-26

1.4.1 Mg-Al 系合金高温强化机制23-25

1.4.2 合金元素对 Mg-Al 系合金高温性能的影响25-26

1.5 本论文的探讨目的、主要内容及技术路线26-28

1.5.1 探讨目的26

1.5.2 主要内容26

1.5.3 探讨策略26-27

1.5.4 技术路线27-28

2 试验策略28-31

2.1 试验设备28-29

2.1.1 压入蠕变试验装置28

2.1.2 其他试验设备28-29

2.2 试验历程29-31

2.2.1 试验材料的制备29-30

2.2.2 压入蠕变测试30

2.2.3 组织的观察30-31

3 AZ 系镁合金压入蠕变性能31-59

3.1 引言31

3.2 AZ81 镁合金的压入蠕变行为31-38

3.2.1 AZ81 镁合金的压入蠕变曲线31-34

3.2.2 稳态压入蠕变速率34-35

3.2.3 建立稳态压入蠕变本构方程35-38

3.3 AZ81+0.5%RE 合金的压入蠕变行为38-45

3.3.1 AZ81+0.5%RE 合金的压入蠕变曲线38-40

3.3.2 稳态压入蠕变速率40-42

3.3.3 建立稳态压入蠕变本构方程42-45

3.4 AZ81+1.5%RE 合金的压入蠕变行为45-51

3.4.1 AZ81+1.5%RE 合金的压入蠕变曲线45-47

3.4.2稳态压入蠕变速率47-49

3.4.3 建立压入蠕变本构方程49-51

3.5 AZ81+2.5%RE 合金的压入蠕变行为51-58

3.5.1 AZ81+2.5%RE 合金的压入蠕变曲线51-54

3.5.2 稳态压入蠕变速率54-55

3.5.3 建立稳态压入蠕变本构方程55-58

3.6 综合浅析58-59

4 AZ 系镁合金蠕变前后组织的变化59-68

4.1 引言59

4.2 AZ81 合金蠕变前后的组织浅析59-63

4.3 添加稀土后 AZ81 合金蠕变前后的组织浅析63-66

4.4 本章小结66-68

5 试验结果浅析与讨论68-72

5.1 AZ81 合金和 AZ81E 合金蠕变机制的浅析与讨论68-69

5.2 稀土添加量的浅析与讨论69-72

6 结论72-74