（材料学专业论文）稀土镁合金高温力学性能研究.pdf

沈阳工、皿大学硕士学位论文 s t u d y o ne l e v a t e dt e m p e r a t u r em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f m a g n e s i u ma l l o y sw i t ht h e a d d 秘o no f r a r ee a r t h a b s w a c t e l e v a t e d t e m p e r a t u r et e n s i l ep r o p e r t i e so f m a g n e s i u ma l l o y sb a s e d o na m 5 0 , a z 9 1 d ，z k 4 0a n d z k 6 0 w i t h t h e a d d t i o n o f n d ，s i c w h i s k e r ，c o m p o s i t e r a r e e a e , h r e s p e c t i v e l y w e r e i n v e s t i g a t e di nt h i sp a p e r v i as t r e s s - s w a i nc u r v e s , u l t i m a t e t e n s i l es t r e n g t h ， o 2 o f f s e t y i e l ds t r e n g t h 盯0 2 a n df r a c t u r ee l o n g a t i o n 艿o f m a g n e s i u ma l l o y s a td i f f e r e n t t e m p e r a t u r e a n dh e a tt r e a t m e n tc o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e d b ym e a n so f s e m x r da n d 两耗 a n a l y s i so n f r a c t u r es u r f a c e ，p h a s ea n dm i c r o s t r u c t u r ew e r ec a r r i e do u ta n de l e v a t e d t e m p e r a l t w e m e c h a n i c a lb e h a v i o ra n dd e f o r m a t i o nm e c h a n i s mw e r ed i s c u s s e d 。 r e s u l t ss h o w e dt h a tt e n s i l et e m p e r a t u r eh a do b v i o u se f f e c to ne l e v a t e dt e m p e r a t u r e p r o p e a i e so f m a g n e s i u ma l l o y s ：w i t ht h et e m p e r a t u r ei n c r e a s i n g , u l t i n m t e t e n s i l es t r e n g t h a n do 2 o f f s e t y i e l ds m m g t ho - o 2 d e c r e a s e da n df r a c t m ee l o n g a t i o n 艿i n c r e a s e d ； e l e v a t e d t e m p e r a t u r e t e n s i l ep r o p e r t i e so f m a g n e s i u m a l l o y sw a sc o n s i d e r a b l yi m p r o v e db y a d d i t i o no f r a r ee a r t h 。xr a yd i f f r a c t i o na n dm i c r o s t r u c t u r e p r e s e n t e d t h a tm i e r o s t r u e t u r eo f a l l o y s a s c a s t m a i n l y c o n s i s t e d o fd 一 国、一 题l ，a ，l zo rm g z n m e n g t h e n i n g p h a s e ， w h i l ea f t e rr a r ee a r t hw a s a d d e d ，g r a i n s v c e r eo b v i o u s l yr e f i n e da n d m g - r e i n t e r m e t a l l i c c o m p o u n d s 豫1 2 n dw a s c r e a t e d ；c o n t e n t o f p h a s e s c h a n g e d a s a r e s u l t o f h e a t t r e a t m e n t ：a i d e r s o l u t i o n t r e a t m e n t 。咎p h a s e s a n dm g , l n dp a r t l yd i s s o l v e di nt h em a t r i x a 一穗，b u t w h e n a g i n g t r e a t m e n tw a s f o l l o w e d , t h e yp r e c i p i t a t e d o n g r a i nb o u n d 撕e sa g a i n f r a c t u r e s u r f a c e a n a l y s i sr e v e a l e d t h a t w h e n t e m p e r a t u r e e n h a n c e d ，d u c f i l e f r a e t u r e c h a r a 蕊e r s t i c s i n c r e a s e d a n d b r i t t l e o n e s d e c r e a s e d ：f o r a m s 0 w i t h a n d w i t h o u t n d ，a t a m b i e n t t e m p e m t u r e ，s o m e m i x e d f e a t u r e c a n b e o b s e r v e da n df r a c t u r es u r f a c ei n c l u d e dc l e a v a g es u r f a c e , t e a r i n g r i d g ea n dd i m p l e s ；采e l e v a t e d t e m p e r a t u r e ，c l e a v a g e s u r f a c e d d i s a p p e a r e d a n d o n l yd i m p l e s e a nb e s e e n ，s h o w i n g d u c t i l ef r a c t u r e f e a t u r e a z 9 1h a ds i m i l a rf e a t u r e , w h i l e s 。a z 9 1 dc o m p o s i t e t o o k0 nt y p i c a lb r i t t l ef r a c t u r e f e a t u r e ，f o rf r a c t u r es u r f a c e sw e r es m o o t ha n dd i dn o tc h a n g em u c hw h e nt e m p e r a t u r er o s e m g - z n - z r s e r i a la l l o y sp r e s e n t e dd u c t i l ef a c a l r ef e a t u r ea tl o o ma n de l e v a t e d t e m p e r a t u r e , m a i n l yi n c l u d i n gd i m p l e s ； - 2 沈阳工业大学硕士学位论文 w h e n r a r ee a r t hw a s a d d e d ，p l a s t i c i t yd e c r e a s e d a n d t e a r i n gr i d g ea p p e a r e d a tr o o m t e m p e r a t u r e t e m r e s u l t ss h o w e dd e f o r m a t i o nm e c h a n i s m o f m g - a i b a s e dm a g n e s i u m a l l o y s a tr o o ma n d m o d e r a t e l y e l e v a t e dt e m p e r a t u r ew a st h e s l i d i n g o f t h eg r a i n b o u n d a r i e s ，s ot h ea m o u n t a n d c o n f i g u r a t i o n o f s t r e n g t h e n i n gp h a s e a tg r a i nb o u n d a r i e s p l a y e d a ni m p o r t a n tr o l ei ne l e v a t e dt e m p e r a t u r e m e c h a n i c a lb e h a v i o r d u e t o t h e p r e s e n c e o f p a r t i c l e s m g l 2 n d w i t h 鞋垂m e l t i n g p o i n t a n d t h e r m a l s t a b i l i t ya n d d i s t r i b u t e dd i s p e r s i v e l ya tt h eg r a i nb o u n d a r i e s p r e v e n t e d t h em o v e m e n to f d i s l o c a t i o n s t h u s , c o m p a r e d w i t hu n m o d i f i e d a l l o y , a d d i t i o no f r a r ee a r t hc o u l di m p r o v e e l e v a t e d t e m p e r a t u r e m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s 。i na d d i t i o n ，s i cw h i s k e rc o u l d d i s t i n c i n c r e a s e e l e v a t e d t e m p e r a t u r es t r e n g t ho f m ga l l o y s ，b u tw h e nt e m p e r a t u r er e a c h e d3 0 0 ，t h ei m p r o v e m e n t e v i d e n t l y d e c r e a s e d s t r e s s - s t r a i nc u r v e si m p l i e dt h a tw h e n t e m p e r a t u r ee x c e e d e d2 0 0 c ，g r a i nb o u n d a r i e sh a d s o m e s t i c k y h y s t e r e s i sf e a t u r e 。 k e yw o r d s ：m a g n e s i u ma l l o y s ，e l e v a t e dt e m p e r a t u r em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，r a r ee a r t h 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 沈阳工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解沈阳工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 虢盟导师签名副主 日期：土以、三b 婆笙三些查堂鍪圭堂壁鲨壅 1 绪论 l 。l 镁资源 镁是地壳中分布较广的元素，占地壳盛的1 9 ，仅次予氧、硅、铝、铁、钙等元 素，藩第a 位。自于其纯学往质溺浚，在爨然赛中仪戮纯合物形态存在f l l 。镁矿糍太致 可分为硅酸盐、碳酸盐、氯化物及硫酸盐四大类。我国镁资源丰富，分布广泛。我糊菱 镁矿的质嫠和储鬣均居世羿第一位，矿床主要分布在辽宁、山东，箕次是网j f l 、河j e 等 她。我国文云石资源也缀丰富，质量往良，产地几乎遍及务省，是撩热法蠊镁的原料， 此外，我困的内陆湖也很多，均有丰富的卤水资源，况且，海水中的镁更是取之不尽， 簇之不竭熬天然资源。 l 。2 镁奄憔凑及溺途 镁的原子序数为1 2 ，原子量等于2 4 3 2 ，电子结构l s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 ，位于周期表第三周 瀚第二族。镁其商密排六方结构，在2 5 | c ，a = o 3 2 0 2 n m ，c = o 5 1 9 9 n m ；黼胞的轴比 c a = 1 6 2 3 5 ，在配位数等于1 2 对，原子半径必o 1 6 2 r i m ，原予体积为1 3 9 9 锄3 辔。 镁的主要物理性能是比重小，比热和膨胀系数较大( 超过铁一倍，比铝也高) ； 露弹性搂藿在豢耀靛窒金耩孛，镁是最低豹。 寝l i 镁的主要物理性能数据1 1 i t a b l e1 1d a t ao f m a i a p h y s i c a l b e h a v i o r s o f m a g n e s i u m 【比重熔点膨胀系数导热系数比热弹蚀模量 l l ( g c m 3 ) ( )( 1 碑) ( w ( m + ) )( j k g + 、( g p a ) ll 7 46 5 l2 6 。11 4 51 0 1 74 4 6 由于镁属密封 六方晶体结构，主要滑移嚣为基灏，漏移系少，照然镁单茹在取肉有 利时，伸长率可达1 0 0 ，但对多晶镁，室温和低潞塑性仍较低，容易脆断；温度掇高 到1 5 0 - 2 2 5 + c ，爨棱柱覆o o t o ) 窝援锥覆 l o t i ) 迄参与潆移，辫嚣褰滠凝洼较努， 婆笙三些查堂鍪圭堂壁鲨壅 1 绪论 l 。l 镁资源 镁是地壳中分布较广的元素，占地壳盛的1 9 ，仅次予氧、硅、铝、铁、钙等元 素，藩第a 位。自于其纯学往质溺浚，在爨然赛中仪戮纯合物形态存在f l l 。镁矿糍太致 可分为硅酸盐、碳酸盐、氯化物及硫酸盐四大类。我国镁资源丰富，分布广泛。我糊菱 镁矿的质嫠和储鬣均居世羿第一位，矿床主要分布在辽宁、山东，箕次是网j f l 、河j e 等 她。我国文云石资源也缀丰富，质量往良，产地几乎遍及务省，是撩热法蠊镁的原料， 此外，我困的内陆湖也很多，均有丰富的卤水资源，况且，海水中的镁更是取之不尽， 簇之不竭熬天然资源。 l 。2 镁奄憔凑及溺途 镁的原子序数为1 2 ，原子量等于2 4 3 2 ，电子结构l s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 ，位于周期表第三周 瀚第二族。镁其商密排六方结构，在2 5 | c ，a = o 3 2 0 2 n m ，c = o 5 1 9 9 n m ；黼胞的轴比 c a = 1 6 2 3 5 ，在配位数等于1 2 对，原子半径必o 1 6 2 r i m ，原予体积为1 3 9 9 锄3 辔。 镁的主要物理性能是比重小，比热和膨胀系数较大( 超过铁一倍，比铝也高) ； 露弹性搂藿在豢耀靛窒金耩孛，镁是最低豹。 寝l i 镁的主要物理性能数据1 1 i t a b l e1 1d a t ao f m a i a p h y s i c a l b e h a v i o r s o f m a g n e s i u m 【比重熔点膨胀系数导热系数比热弹蚀模量 l l ( g c m 3 ) ( )( 1 碑) ( w ( m + ) )( j k g + 、( g p a ) ll 7 46 5 l2 6 。11 4 51 0 1 74 4 6 由于镁属密封 六方晶体结构，主要滑移嚣为基灏，漏移系少，照然镁单茹在取肉有 利时，伸长率可达1 0 0 ，但对多晶镁，室温和低潞塑性仍较低，容易脆断；温度掇高 到1 5 0 - 2 2 5 + c ，爨棱柱覆o o t o ) 窝援锥覆 + 1 3 0 0 3 t ，假设实际状态不同稀土元 素具有相同活度系数各稀土元素g 1 。( t ) 表达式略有不同，计算结果显示稀土与镁 溶液中m g o 具有较强的交互作用，可去除氧化物夹杂。 溶解于溶液中的 h 】来源于h 2 0 “h 】与航空发动机零部件用镁合金中的z r 生成稳 定的化合物z r h 2 ，增大z r 的损失；同时 h 】是铸件产生气孔、针孔及疏松等铸造缺陷的 原因，( 2 ) 式反应自由能g 2 ( t ) = a g z o ( t ) + 4 1 2 9 6 t ，通过显示稀土可较好达 到溶液除删效果。 对部分m g - r e 合金的沉淀行为研究表明。在较低温度下有共格g p 区出现，稀土 在合金中的沉淀序列开始于1 7 0 - - 2 0 06 c 蚵，生成菲平衡六方相，该相为d o f 9 超点 阵结构。在2 0 0 一2 5 0 间形成半共格非平衡体心正交的相，3 0 0 。c 以上，在晶内及晶 界上生成不均匀分布的平衡的面心立方口沉淀相。由于弥散分布的、高熔点热稳定的颗 粒相存在，对晶粒起到钉扎作用，使镁合金体现出较好的高温强度和蠕变强度。 稀元素对镁合金耐热性能提高的作用机巷4 还表现在使晶界和相界扩散渗透性减 小，使相界的凝聚作用减慢。因丽在室温和高温下固溶强化和沉淀硬化效果好，具有较 高的高温强度和优良蠕变性能 在镁合金中添加适量的稀土金属以后，可以增加合金的流动性，降低微孔率。提高 气密性，显著改善热裂和疏松现象，使合金在2 0 0 3 0 0 。c 高温下仍具有高的强度和抗 蠕变性能。 由于稀土元素具有多种有益作用，现在已开发出诸如m g - a - r e 、m g - r e - z r 、m g - r e z n 、m g r e a g 等多种系列的产品。用于提高镁合金的蠕变性能、拉伸性能、其它 力学及机械性能。 稀土铸造镁合金主要用作2 0 0 3 0 0 c 以下长期使用，它具有好的高温强度和长期 抗蠕变性能。各种稀土元素在镁中的溶解度不同，增加的顺序为镧、混合稀土、铈、 镨、钕。它对常温、高温力学性能的良好影响也随之增加。中国航空工业总公司研制的 以钕为主要添加元素的z m 6 合金在热处理后不但具有商的室温力学性能，而且还有良 8 沈阳工业大学硕士学位论文 好的高温瞬时力学性能和抗蠕变性能，可在室温下使用，也可在2 5 0 c 下长期使用。随 着含钇抗蚀新型铸造镁合金的出现，近年来铸造镁合金重新受到国外航空工业的青睐。 总而言之与普通镁合金比较，稀土镁合金具有以下优点： ( 1 )能显著提高镁合金的高温强度和抗蠕变性能。稀土镁系合金可以在15 0 - 2 5 0 较长期工作。 ( 2 ) 能改善镁合金的铸造性能，减少产生显微缩松和热裂纹倾向。 ( 3 )能改善镁合金的焊接性能，并且有较高的焊缝强度。 ( 4 )镁一稀士系合金的耐蚀性不低与其他镁合金，一般无应力腐蚀倾向。 1 6 镁合金的强化及其原理 镁合金的强化直接来源于基体中合金元素引起的固溶强化和中间相的弥散强化，经 固溶时效处理后的弥散强化效果比单纯的过饱和固溶强化要高。 这种固溶时效硬化是由于在固溶线以下从过饱和固溶体中析出某种能使硬度得到提 高的微细的第二相1 3 引。时效硬化是个普遍的现象。只要a 与b 二组元能形成如图1 1 所 示的状态图，就有可能出现时效硬化现象，当然，硬化效应强弱则随合金成分而异。相 图表明组元b 可溶入a 而形成a 固溶体，且b 在a 中的溶解度随温度降低丽降低。如 有一b 含量大于b o 的合金，将此合金加热到低于固相线的温度保温足够时间，待b 充 8 ( j 图1 1时效硬化状态图 f i g 1 1d i a g r a mo f a g i n g - h a r d e n i n g 分溶入后取出立即淬火，则b 来不及沿着d e 线析出 而仍保留在a 相中形成过饱和固溶体。这一处理被称 为固溶处理。经固溶处理后在室温或加热到不超过溶 解度曲线的某一温度保温，b 将以富b 的高度弥散的 用光学显微镜无法分辨的化合物a m b 。或a 溶于b 而 形成的b 固溶体的形式，自过饱和固溶体析出而使a 中的b 含量逐渐下降到饱和状态。这一过程可以用下 式表示： 过饱和固溶体一饱和a 固溶体+ 析出相 由于弥散的新相的析出将使硬度升高。由此可 9 沈阳工业大学硕士学位论文 好的高温瞬时力学性能和抗蠕变性能，可在室温下使用，也可在2 5 0 c 下长期使用。随 着含钇抗蚀新型铸造镁合金的出现，近年来铸造镁合金重新受到国外航空工业的青睐。 总而言之与普通镁合金比较，稀土镁合金具有以下优点： ( 1 )能显著提高镁合金的高温强度和抗蠕变性能。稀土镁系合金可以在15 0 - 2 5 0 较长期工作。 ( 2 ) 能改善镁合金的铸造性能，减少产生显微缩松和热裂纹倾向。 ( 3 )能改善镁合金的焊接性能，并且有较高的焊缝强度。 ( 4 )镁一稀士系合金的耐蚀性不低与其他镁合金，一般无应力腐蚀倾向。 1 6 镁合金的强化及其原理 镁合金的强化直接来源于基体中合金元素引起的固溶强化和中间相的弥散强化，经 固溶时效处理后的弥散强化效果比单纯的过饱和固溶强化要高。 这种固溶时效硬化是由于在固溶线以下从过饱和固溶体中析出某种能使硬度得到提 高的微细的第二相1 3 引。时效硬化是个普遍的现象。只要a 与b 二组元能形成如图1 1 所 示的状态图，就有可能出现时效硬化现象，当然，硬化效应强弱则随合金成分而异。相 图表明组元b 可溶入a 而形成a 固溶体，且b 在a 中的溶解度随温度降低丽降低。如 有一b 含量大于b o 的合金，将此合金加热到低于固相线的温度保温足够时间，待b 充 8 ( j 图1 1时效硬化状态图 f i g 1 1d i a g r a mo f a g i n g - h a r d e n i n g 分溶入后取出立即淬火，则b 来不及沿着d e 线析出 而仍保留在a 相中形成过饱和固溶体。这一处理被称 为固溶处理。经固溶处理后在室温或加热到不超过溶 解度曲线的某一温度保温，b 将以富b 的高度弥散的 用光学显微镜无法分辨的化合物a m b 。或a 溶于b 而 形成的b 固溶体的形式，自过饱和固溶体析出而使a 中的b 含量逐渐下降到饱和状态。这一过程可以用下 式表示： 过饱和固溶体一饱和a 固溶体+ 析出相 由于弥散的新相的析出将使硬度升高。由此可 9 沈阳工业大学硕士学位论文 冤，对效楚i 雯诡帮羲溶俸静瓣溶凝淀，露效疆纯是麓溶滋淀雩| 起静溉淀硬纯。嚣蔻只有 当析出相十分细小时才有显藩的硬化效果，故沉淀硬化又称弥散强化。 过饱和固溶体的完全分勰往往是复杂的，包括几个阶段的过程。媳型的情况是，除 形成平衡穗夕 ，还可敬形成g p 区和一令串阕沉积秘。g p 医是有缪熬溶震蒙予密集黪 丛聚，可能只有一个或两个朦子平面厚。 表1 3主要热处理状态代号 t a b l e1 0 s i g n s o f h e a tt r e a t m e n t c o n d i t i o n s f制造状态 o遮火，舞结晶 h应变硬化 w 国溶热处理，不稳定楚瑾状态 热处理到除f o 或h 稳定处理状态之外 退火 固溶热处理和冷作加工 固溶热处理 仅人工时效 固溶热处理和人工时效 固溶热处理和稳定化 t 8 固溶热处理、冷作加工和人工时效 t 9 i 司溶热处理、人工时效和t 冷作加工 t 1 0 人工辩效窝冷终秀# 王 - l o t 他 聪 释 ；2 聪 w 沈阳王渡大学硕士学位论文 中间沉积物一般比g p 区大得多，而且与基体的点阵平面只是部分熬格，它的成分 和晶体结构熄确定的，可能与乎德沉淀物的只有赂徽熬不同。在一些台佥中，中间沉淀 耱哥蕤在豫定熬g p 区经萋主形孩，瑟在爰一些会众孛，这耱穗黧在杰黪缺夔( 蘩霞 错) 处非均匀形核。最终平衡沉淀物的形成引起与繁体点阵共格的完全消失。这只在较 高的时效溆度下才形成，并且( 出于粗弥散分布) 不产生强化。在g p 隧或中间沉淀物 或两者均熙临界弥散分布时，含众发生最大时效硬化。所以镁合金通常骚进行热处理来 提离其技熊。表l 。3 为凡秘主癸热楚理熬筏号及王艺。 在保持镁合金轻质优势的阐拜重，镁合金斡强度和耐磨性还可欧避避阉s i c 、a h 0 3 或石墨等增强相的复合而得到进一步的提高。目前镁基复合材料的制铸通常是s i c 、 a h 0 3 将戚石墨的粉末纤维或晶须加入熔融的镁合众中采用压铸或挤压铸造等方法。由 于镁合金易予与陶瓷增强楣表蕊的氧瓤氮鹊爱应，锻鼗羯瓷增强相同基钵镁合金之闽毂 满漫经努，特掰是s i c 霹与镁及应生成m g a s i ，簧餐零l 予提裹与基嚣镁会金闻戆澜淫 性，这也怒与铝基复合材料相比，镁基复合材料所凝肖的一个重要优点。 1 7 镁合金强化机制 时效硬他是由于母相中的缀镄与叛出相之间的交氨作用弓 起的。可以按谯错通过折 密褪静方式煞不两孬凑楚效溪馥橇翻区分受三粪：海蔽交强亿、接遥颓耱鼹纯、绕过辑 出相网。 绕过析出相：基体与中间相的界面上存在点阵畸变和应力场，从而成为位错滑动的 障碍。滑动位错遇到这种障碍将变得弯曲。随着外加切应力的增加，能错弯曲程度加 副，并逐澎形成巧拔。峦予嚣令颥粒阕戆蕴错线段符弩提爱，它翥】将互褪汇集瑟形成毽 围，j 、颗粒的俊错环。舔位错燹| l 蔽惑越过第二穗颥粒i 酝继续淘前滑动。每个越过第二耜鬏 粒的滑动能错都要留下一个位错环，这些位错环对滑向第二相颗粒的俄锚有一定的斥 力，使滑动位错所受阻力增大。而且颗粒周围积累的能错环越多，位错通过的阻力也越 大。这一枫制是炎罗万( o r o w m ) 予1 9 4 8 年首先提蹴熬，赦通常称为爽罗万枧制，它 已为实验掰诞实。 一种合鑫能时效硬化的基本条件是： ( 1 ) 种或几种合金元祭的固溶度随着温度的降低而降低。 沈阳王渡大学硕士学位论文 中间沉积物一般比g p 区大得多，而且与基体的点阵平面只是部分熬格，它的成分 和晶体结构熄确定的，可能与乎德沉淀物的只有赂徽熬不同。在一些台佥中，中间沉淀 耱哥蕤在豫定熬g p 区经萋主形孩，瑟在爰一些会众孛，这耱穗黧在杰黪缺夔( 蘩霞 错) 处非均匀形核。最终平衡沉淀物的形成引起与繁体点阵共格的完全消失。这只在较 高的时效溆度下才形成，并且( 出于粗弥散分布) 不产生强化。在g p 隧或中间沉淀物 或两者均熙临界弥散分布时，含众发生最大时效硬化。所以镁合金通常骚进行热处理来 提离其技熊。表l 。3 为凡秘主癸热楚理熬筏号及王艺。 在保持镁合金轻质优势的阐拜重，镁合金斡强度和耐磨性还可欧避避阉s i c 、a h 0 3 或石墨等增强相的复合而得到进一步的提高。目前镁基复合材料的制铸通常是s i c 、 a h 0 3 将戚石墨的粉末纤维或晶须加入熔融的镁合众中采用压铸或挤压铸造等方法。由 于镁合金易予与陶瓷增强楣表蕊的氧瓤氮鹊爱应，锻鼗羯瓷增强相同基钵镁合金之闽毂 满漫经努，特掰是s i c 霹与镁及应生成m g a s i ，簧餐零l 予提裹与基嚣镁会金闻戆澜淫 性，这也怒与铝基复合材料相比，镁基复合材料所凝肖的一个重要优点。 1 7 镁合金强化机制 时效硬他是由于母相中的缀镄与叛出相之间的交氨作用弓 起的。可以按谯错通过折 密褪静方式煞不两孬凑楚效溪馥橇翻区分受三粪：海蔽交强亿、接遥颓耱鼹纯、绕过辑 出相网。 绕过析出相：基体与中间相的界面上存在点阵畸变和应力场，从而成为位错滑动的 障碍。滑动位错遇到这种障碍将变得弯曲。随着外加切应力的增加，能错弯曲程度加 副，并逐澎形成巧拔。峦予嚣令颥粒阕戆蕴错线段符弩提爱，它翥】将互褪汇集瑟形成毽 围，j 、颗粒的俊错环。舔位错燹| l 蔽惑越过第二穗颥粒i 酝继续淘前滑动。每个越过第二耜鬏 粒的滑动能错都要留下一个位错环，这些位错环对滑向第二相颗粒的俄锚有一定的斥 力，使滑动位错所受阻力增大。而且颗粒周围积累的能错环越多，位错通过的阻力也越 大。这一枫制是炎罗万( o r o w m ) 予1 9 4 8 年首先提蹴熬，赦通常称为爽罗万枧制，它 已为实验掰诞实。 一种合鑫能时效硬化的基本条件是： ( 1 ) 种或几种合金元祭的固溶度随着温度的降低而降低。 沈阳工业大学磺士学位论文 ( 2 )单相区中，在较高漱度下送行固溶处理，使会金元素溶入。 ( 3 )快速冷却或滓火，通常降到室温，以得到这些元素在镁中的过饱和阉溶 体。 ( 4 )过锪耱曩溶体受热分解塔形残缨豫教戆沉积，逶豢在个，鸯鼯嚣令孛耀 温度下时效适当时间。 1 8 镁会金高潺拉伸巍学性麓 目前镁合金的研究热点主要集中在以下四个方黼：1 ) 非晶态镁合金；2 ) 镁基复合材 料；3 ) 高强耐热稀土镁裔金：4 ) 其它一魑功能材料嘞。 金聪材料在岗湿下的辍槭性戆不同予鬻湿，爨为温度对其影响缀太，拳要体现在以 下几个方面： 幻一般寒说，金属形交撬力隧瀣度握舞瑟下降 b ) 构件产生蠕变和威力松弛现象。所谓蠕变，指在搿温和持续载荷下金属材料产 象蘧时阕箍发震鹃鋈毪交形鹩现象，所谓驻力松懿，粥指程载蘅豫精下产爱一定交澎静 构件，其应力随时间逐渐减小的现象。 c ) 长时间处于高温环境下的台金其缀织有可能发生交化，这包括发擞冷加工组织 翻复和辫结晶，阉溶钵脱溶反应，第二梗聚集，长大，球化，碳化物石墨他等。持续蠡搴 应力作用能加速转变或使这些转变产物在金属内部择优分布，这样，金属力学性能会随 之变耽。镁会金戆嚣| 裹瀑校装霹遴遘添麓溅金稳主黢攀一稳元素米改善。 1 , 9 本课题的提比 综上所述，汗发热强性好，抗瞒交髓力强的镁合金是滔前镁合金研究的一个热点， 亦是推动镁合金谯汽车等领域应用的客观嚣求。 a z 9 1 镁合金是一种威用最为广泛的镁合金，艇有较好的综合力学性能，但其韧性较 蓑。a m 5 0 镁会众虽然改善了其朔性与抗冷壹毙力，但愿黢强疫较低。瑟黩，a m s 0 与 a z 9 1 均存在着抗蠕变能力和热强性差的致命缺陷，根本不能满足工作温度在中高温的 汽车叁动交速麓巍俸帮发凌辊零耱豹性黪簧求。瑟m g - z n - z r 系会金虽然其骞较毫瓣强 度，属于高强镁含金系，但耐热性仍有待提高。 - 1 2 沈阳工业大学磺士学位论文 ( 2 )单相区中，在较高漱度下送行固溶处理，使会金元素溶入。 ( 3 )快速冷却或滓火，通常降到室温，以得到这些元素在镁中的过饱和阉溶 体。 ( 4 )过锪耱曩溶体受热分解塔形残缨豫教戆沉积，逶豢在个，鸯鼯嚣令孛耀 温度下时效适当时间。 1 8 镁会金高潺拉伸巍学性麓 目前镁合金的研究热点主要集中在以下四个方黼：1 ) 非晶态镁合金；2 ) 镁基复合材 料；3 ) 高强耐热稀土镁裔金：4 ) 其它一魑功能材料嘞。 金聪材料在岗湿下的辍槭性戆不同予鬻湿，爨为温度对其影响缀太，拳要体现在以 下几个方面： 幻一般寒说，金属形交撬力隧瀣度握舞瑟下降 b ) 构件产生蠕变和威力松弛现象。所谓蠕变，指在搿温和持续载荷下金属材料产 象蘧时阕箍发震鹃鋈毪交形鹩现象，所谓驻力松懿，粥指程载蘅豫精下产爱一定交澎静 构件，其应力随时间逐渐减小的现象。 c ) 长时间处于高温环境下的台金其缀织有可能发生交化，这包括发擞冷加工组织 翻复和辫结晶，阉溶钵脱溶反应，第二梗聚集，长大，球化，碳化物石墨他等。持续蠡搴 应力作用能加速转变或使这些转变产物在金属内部择优分布，这样，金属力学性能会随 之变耽。镁会金戆嚣| 裹瀑校装霹遴遘添麓溅金稳主黢攀一稳元素米改善。 1 , 9 本课题的提比 综上所述，汗发热强性好，抗瞒交髓力强的镁合金是滔前镁合金研究的一个热点， 亦是推动镁合金谯汽车等领域应用的客观嚣求。 a z 9 1 镁合金是一种威用最为广泛的镁合金，艇有较好的综合力学性能，但其韧性较 蓑。a m 5 0 镁会众虽然改善了其朔性与抗冷壹毙力，但愿黢强疫较低。瑟黩，a m s 0 与 a z 9 1 均存在着抗蠕变能力和热强性差的致命缺陷，根本不能满足工作温度在中高温的 汽车叁动交速麓巍俸帮发凌辊零耱豹性黪簧求。瑟m g - z n - z r 系会金虽然其骞较毫瓣强 度，属于高强镁含金系，但耐热性仍有待提高。 - 1 2 沈阳工业大学磺士学位论文 ( 2 )单相区中，在较高漱度下送行固溶处理，使会金元素溶入。 ( 3 )快速冷却或滓火，通常降到室温，以得到这些元素在镁中的过饱和阉溶 体。 ( 4 )过锪耱曩溶体受热分解塔形残缨豫教戆沉积，逶豢在个，鸯鼯嚣令孛耀 温度下时效适当时间。 1 8 镁会金高潺拉伸巍学性麓 目前镁合金的研究热点主要集中在以下四个方黼：1 ) 非晶态镁合金；2 ) 镁基复合材 料；3 ) 高强耐热稀土镁裔金：4 ) 其它一魑功能材料嘞。 金聪材料在岗湿下的辍槭性戆不同予鬻湿，爨为温度对其影响缀太，拳要体现在以 下几个方面： 幻一般寒说，金属形交撬力隧瀣度握舞瑟下降 b ) 构件产生蠕变和威力松弛现象。所谓蠕变，指在搿温和持续载荷下金属材料产 象蘧时阕箍发震鹃鋈毪交形鹩现象，所谓驻力松懿，粥指程载蘅豫精下产爱一定交澎静 构件，其应力随时间逐渐减小的现象。 c ) 长时间处于高温环境下的台金其缀织有可能发生交化，这包括发擞冷加工组织 翻复和辫结晶，阉溶钵脱溶反应，第二梗聚集，长大，球化，碳化物石墨他等。持续蠡搴 应力作用能加速转变或使这些转变产物在金属内部择优分布，这样，金属力学性能会随 之变耽。镁会金戆嚣| 裹瀑校装霹遴遘添麓溅金稳主黢攀一稳元素米改善。 1 , 9 本课题的提比 综上所述，汗发热强性好，抗瞒交髓力强的镁合金是滔前镁合金研究的一个热点， 亦是推动镁合金谯汽车等领域应用的客观嚣求。 a z 9 1 镁合金是一种威用最为广泛的镁合金，艇有较好的综合力学性能，但其韧性较 蓑。a m 5 0 镁会众虽然改善了其朔性与抗冷壹毙力，但愿黢强疫较低。瑟黩，a m s 0 与 a z 9 1 均存在着抗蠕变能力和热强性差的致命缺陷，根本不能满足工作温度在中高温的 汽车叁动交速麓巍俸帮发凌辊零耱豹性黪簧求。瑟m g - z n - z r 系会金虽然其骞较毫瓣强 度，属于高强镁含金系，但耐热性仍有待提高。 - 1 2 沈阳工业大学硕士学位论文 在铸造镁合金中，改善耐热性最有效和最具实用价值的元素是稀土元素，它可以增 强镁合金原子问结合力，减少原子扩散速度；稀土元素与镁形成的化合物具有较高的热 稳定性。同时，由于镁合金的强度比较差，为了克服这一缺点，人们借助于颗粒、纤 维、晶须等增强相将镁合金制成复合材料，在可以明显改善其力学性能的同时又保持了 镁合金的重量轻、阻尼性好的特点。镁基复合材料除具有基体金属的性能外还具有高比 强度、高比模量、较低的熟膨胀系数和尺寸稳定等一系列优点。基于镁基复合材料的上 述优良性能，有必要对其做更进一步的研究。 因此，本实验在原有a m 5 0 、a z 9 1 、z k 4 0 与z k 6 0 合金基础上，添加少量稀土元 素或采用s i c 晶须复合，然后研究新合金的高温力学性能，以达到改善其高温性能的目 的。所以，本课题将a m 5 0 添加纯稀土元素n d ，z k 4 0 与z k 6 0 分别添加纯稀土元素 n d 与富c e 混合稀土元素以及镁基复合材料s i c w a z 9 1 作为研究对象，研究其高温力 学性能的变化规律，与未经稀土或复合强化的常用合金作比较，从而为开发热强性好， 抗蠕变能力强的镁合金奠定坚实的理论基础。综上所述，本课题的目的就是对几种镁合 金进行高温力学性能的研究。观察温度及热处理工艺对其力学性能：抗拉强度( o b ) 、 屈服强度( o0 2 ) 及延伸率的影响( 6 ) 的影响。并通过s e m 、x r d 、t e m 等检测方 法对其微观组织和形变机制等进行观察与分析。从而取得较佳的工艺参数，以提高铸造 镁合金的综合性能。 1 3 洗麓工韭大学疆圭学位论文 2 1 实验材料 本实验采用三组试样，分别为压铸a m s 0 与a m 5 0 + n d ，s i c w a z 9 1 d 镁基复念材 料与铸态a z 9 1 以及几种铸造m g - z n - z r 系合金，其成分分别如下袭2 1 与2 2 所示。 亵2 1 实验材料的化学成分( 鼹量比) t a b l e 2 1 c h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f m a t e r i a l t e s t e d ( 蝌) 合金a im nz ns if en in d m g 表2 2 六种m g - z n - z r 合金的化学成分懒比9 6 ) t a b l e 2 ：c h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f m g - z n - z rs e r i a l a u o y s ( w t ) 合金z nz rs ic un in dm m m g z f a 3 ( m m ) 4 1 0 7 o 2 0 0 3 o 。0 l 2 7其它 z e 4 3 ( n d ) 4 10 ，7如2 o 0 3 o 0 l 2 7其它 z k 4 04 ，00 。7 & 2 鹤+ 0 3 o 。0 l 其它 z e 6 1 ( m m ) 6 0 0 7 o 2 0 0 3 0 0l1 0 其它 z e 6 1 ( n d ) 6 00 7妁2 固0 3 0 0l 1 0其它 z k 6 06 00 7 o 2 o 0 3 0 0 1其它 淀：m m 为富c e 混合稀土 - 1 4 洗麓工韭大学疆圭学位论文 2 1 实验材料 本实验采用三组试样，分别为压铸a m s 0 与a m 5 0 + n d ，s i c w a z 9 1 d 镁基复念材 料与铸态a z 9 1 以及几种铸造m g - z n - z r 系合金，其成分分别如下袭2 1 与2 2 所示。 亵2 1 实验材料的化学成分( 鼹量比) t a b l e 2 1 c h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f m a t e r i a l t e s t e d ( 蝌) 合金a im nz ns if en in d m g 表2 2 六种m g - z n - z r 合金的化学成分懒比9 6 ) t a b l e 2 ：c h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f m g - z n - z rs e r i a l a u o y s ( w t ) 合金z nz rs ic un in dm m m g z f a 3 ( m m ) 4 1 0 7 o 2 0 0 3 o 。0 l 2 7其它 z e 4 3 ( n d ) 4 10 ，7如2 o 0 3 o 0 l 2 7其它 z k 4 04 ，00 。7 & 2 鹤+ 0 3 o 。0 l 其它 z e 6 1 ( m m ) 6 0 0 7 o 2 0 0 3 0 0l1 0 其它 z e 6 1 ( n d ) 6 00 7妁2 固0 3 0 0l 1 0其它 z k 6 06 00 7 o 2 o 0 3 0 0 1其它 淀：m m 为富c e 混合稀土 - 1 4 沈阳工业大学硕士学位论文 拉伸实验所用试样加工是按照国标g b4 3 3 8 8 4 金属高温拉伸试样方法 进行的，并将铸件加工成如图2 1 ( a ) 所示的圆棒状试样尺寸( m g - z n - z r 系合金) 与图2 1 ( b ) 所示的板状试样( 压铸a m s 0 系与s i c w a z 9 1 d ) m g - z n - z r 系合金试洋 ( b ) a m s 0 系与s c w a z 9 1 d 试样( 后者没有钻孔。采用特制夹头) 图2 1 拉伸试样尺寸 f i g 2 1 d i m e n s i o n so ft h et e n s i l e s p e c i m e n ( t