鎂及N2、AJC421耐熱鎂合金的蠕變行為研究.pdf

1、鎂合金是可實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用的最輕(密度最小)的金屬結(jié)構(gòu)材料。鎂合金的比強度和比剛度高，切削加工性能和阻尼減震性能良好的，因此是許多產(chǎn)品實現(xiàn)輕量化的理想材料。近年來，在低碳經(jīng)濟的驅(qū)動下，汽車產(chǎn)品的節(jié)能減排成為社會關(guān)注的焦點，鎂合金也因此成為現(xiàn)代汽車產(chǎn)品的重要材料之一。材料學(xué)界圍繞汽車用鎂合金材料開展了大量的研發(fā)工作，其中目標(biāo)用于傳動系統(tǒng)的耐熱鎂合金是重點研究領(lǐng)域。然而目前大量的工作都是從實用的角度出發(fā)，改進現(xiàn)有的合金或者開發(fā)新的合金，

2、在鎂合金蠕變機制的理論上缺乏深入的探討，所以迄今為止沒有實現(xiàn)重大的突破。本文選擇Mg-2Nd和AJC421分別作為不含Al和含Al兩類鎂合金的典型合金，從宏觀和微觀兩方面著手，系統(tǒng)研究了純鎂和這兩種合金在各種試驗條件下的蠕變過程，總結(jié)了鎂合金在高溫蠕變過程中蠕變速率與溫度、應(yīng)力以及材料本身性質(zhì)的關(guān)系，并對蠕變過程的顯微組織變化規(guī)律進行了觀察分析。在獲得完整的試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，對純鎂和兩類典型耐熱鎂合金的蠕變機理進行了探討。
　　

3、純鎂的蠕變抗力很低，隨著溫度或應(yīng)勸的提高，穩(wěn)態(tài)蠕變速率和蠕變應(yīng)變量顯著增加，抗蠕變性能降低。純鎂的蠕變斷裂為沿品斷裂。在低溫高應(yīng)力的試驗條件下，發(fā)生斷裂的試樣中的蠕變裂紋為楔形裂紋，位于三叉晶界處，并沿品界擴展；而在高溫低應(yīng)力的試驗條件下發(fā)生斷裂的試樣中的蠕變裂紋為分散在晶界上的O型裂紋。晶粒尺寸對鎂和鎂合金穩(wěn)態(tài)蠕變速率有很大的影響。在相同的蠕變實驗條件下，隨著晶粒尺寸的增大，穩(wěn)態(tài)蠕變速率減小，抗蠕變性能提高。然而當(dāng)晶粒尺寸超過一定程度

4、時，穩(wěn)態(tài)蠕變速率不再隨品粒尺寸增大而發(fā)生顯著變化；
　　 在純鎂中加入2wt．％Nd的N2合金呈現(xiàn)良好的抗蠕變性能。與純鎂相比，N2合金抗蠕變性能的改善是Nd的同溶強化、界面強化和沉淀硬化等強化機制的共同作用的結(jié)果。鑄態(tài)合金N2合金經(jīng)T6處理(固溶+時效)后，穩(wěn)態(tài)蠕變速率略有增加。鑄態(tài)N2合金擠壓后，由于沿枝晶界分布的第二相組織受到破壞，穩(wěn)態(tài)蠕變速率上升更明顯。N2鑄態(tài)合金在蠕變過程中動態(tài)析出大量細小彌散的第二相。蠕變初期的析出

5、相是呈長帶狀的β’-Mg3Nd相和β-Mg12Nd(平衡相)。隨著蠕變的進行，顯微組織中的析出相主要是盤狀的β-Mg12Nd相。析出相在蠕變過程中逐漸長大，因而對位錯運動的限制作用也逐漸減弱，這是N2合金蠕變后期蠕變速率上升的一個主要原因。蠕變孔洞在第二相顆粒周圍產(chǎn)生，隨后裂紋萌生并沿第二相與基體的界面擴展，并最終導(dǎo)致蠕變斷裂的發(fā)生。
　　 鑄態(tài)AJC421合金的顯微組織由α-Mg和沿枝晶界呈連續(xù)網(wǎng)狀分布的中間相組成，具有非常好

6、的抗蠕變性能。然而合金經(jīng)過400℃，50h的退火處理后，顯微組織中中間相發(fā)生球化，合金的抗蠕變性能大幅度下降。175℃/70MPa下的穩(wěn)態(tài)蠕變速率比鑄態(tài)試樣高三個數(shù)量級。鑄態(tài)試樣熱擠壓加工過程中，中間相的連續(xù)網(wǎng)狀組織被破壞，致使擠壓后合金的抗蠕變性能比退火態(tài)試樣更低。
　　 對蠕變過程進行的TEM觀察分析發(fā)現(xiàn)，鑄態(tài)純鎂、N2和AJC421合金在蠕變第一階段都表現(xiàn)為大量具有伯氏矢量b=(1/3)<1120>的位錯被激活并沿基