半連續(xù)鑄造Mg-Gd-Zn-Zr合金高周疲勞行為的研究.pdf

1、節(jié)能減排是現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)展的重要方向,大型轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)件(如汽車(chē)輪轂、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體等)輕量化是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)節(jié)能減排的重要手段。作為最輕質(zhì)的金屬結(jié)構(gòu)材料,鎂合金有望代替鋁合金制造汽車(chē)輪轂、缸體等結(jié)構(gòu)件,達(dá)到減重的效果,從而明顯提高燃料效率。Mg-Gd-Zn-Zr合金是新開(kāi)發(fā)的新型稀土鎂合金,具有良好的室溫力學(xué)性能和高溫蠕變性能,非常適合用于制備汽車(chē)結(jié)構(gòu)件。然而,這些結(jié)構(gòu)件在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中會(huì)因?yàn)樗苄岳鄯e損傷而發(fā)生疲勞失效。因此,疲勞行為的研究是Mg-Gd

2、-Zn-Zr合金工程應(yīng)用的基礎(chǔ)。
　　本文以Mg-Gd-Zn-Zr合金為研究對(duì)象,通過(guò)半連續(xù)鑄造工藝制備了Mg96.32Gd2.5Zn1Zr0.18合金,借助OM、SEM、室溫拉伸以及高周疲勞實(shí)驗(yàn)等研究手段,研究了Mg96.32Gd2.5Zn1Zr0.18合金在不同狀態(tài)(鑄態(tài),T4態(tài):500℃×10h,T6態(tài):500℃×10h+200℃×128h)下的顯微組織,室溫力學(xué)性能和高周疲勞行為。研究結(jié)果表明:
　　鑄態(tài)Mg96.3

3、2Gd2.5Zn1Zr0.18合金組織主要由α-Mg基體、晶界處樹(shù)枝狀的共晶(Mg,Zn)3Gd相以及少量的晶內(nèi)LPSO相組成。經(jīng)500℃×10h固溶處理之后,14H-LPSO結(jié)構(gòu)的X相在晶內(nèi)以及晶界處析出。200℃×128h時(shí)效處理后,合金析出亞穩(wěn)的β’相和β1相。隨著熱處理的進(jìn)行,合金晶粒明顯長(zhǎng)大。T4態(tài)和T6態(tài)合金的平均晶粒尺寸分別是19.3μm和19.7μm,比鑄態(tài)合金高出59％。
　　熱處理能夠明顯提高M(jìn)g96.32Gd

4、2.5Zn1Zr0.18合金的拉伸性能和疲勞強(qiáng)度。與鑄態(tài)合金相比,T6態(tài)合金的屈服強(qiáng)度(172.5MPa)、抗拉強(qiáng)度(274.8MPa)、疲勞強(qiáng)度(130MPa)分別提高了87.8MPa、92MPa和25MPa,但延伸率稍有降低,只有3.3%。
　　鑄態(tài)、T4態(tài)合金和T6態(tài)合金的疲勞壽命在S-N曲線(xiàn)上的表現(xiàn)不同。鑄態(tài)和T4態(tài)合金在105-107疲勞壽命跨度內(nèi)存在壽命空白區(qū)(life gap)。經(jīng)過(guò)時(shí)效處理后,該現(xiàn)象消失,表現(xiàn)為T(mén)6

5、態(tài)合金疲勞壽命在整個(gè)壽命跨度上的均勻分布。鑄態(tài)、T4態(tài)和T6態(tài)合金的塑性區(qū)大小與其平均晶粒尺寸之間的相對(duì)大小是導(dǎo)致疲勞壽命空白區(qū)的主要原因。
　　熱處理對(duì)鑄造Mg96.32Gd2.5Zn1Zr0.18合金的疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展行為的影響較小。從宏觀上看,鑄態(tài)、T4態(tài)和T6態(tài)合金的疲勞斷口都包括疲勞裂紋萌生區(qū)(Region1)、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)(Region2)以及瞬時(shí)斷裂區(qū)(Region3)。鑄態(tài)、T4態(tài)和T6態(tài)三個(gè)合金的疲勞裂紋都萌