论文部分内容阅读
近年来,镁合金广泛应用于航空航天、汽车等各个工业领域,但其硬度和强度较低,滑移系少,室温和高温性能较差。而稀土镁合金因有着良好的析出强化性能,通过热处理加工可使其获得良好的室温及高温性能,受到越来越多的关注。其中,Nd元素析出强化效果明显,有望基于此开发高强度低成本的稀土镁合金。本文以含Nd稀土镁合金Mg-3.0Nd-0.2Zn-Zr(wt.%)为研究对象,研究其时效析出动力学和不同条件下时效后的力学性能预测。 对固溶NZ30K镁合金试样分别进行7个升温速率的连续时效,根据时效过程中的电阻率变化曲线观察到时效过程中的两个析出过程:在低温阶段析出β″相,在高温阶段析出β′相。随着温度升高,β″相向β′相转变,同时,基体中也有β′相析出,β′相的体积分数随着温度升高而增加。研究利用等转变量方法分析NZ30K镁合金的析出动力学,确定了动力学参数,析出激活能 rE?和修正指前因子 rA?,其中β″相和β′相的析出激活能分别为71.5KJ/mol和149.6KJ/mol。根据析出动力学模型还得出了等温析出转变曲线,并计算得到连续升温转变曲线(CHT)与等温转变曲线(IHT)。连续升温与等温过程中实测析出转变曲线与模型预测曲线均符合较好,证明该动力学模型可以预测任意温度历史的热处理条件下强化相析出行为。 此外,本研究还测定了NZ30K镁合金在不同条件下时效后试样的力学性能,测试数据显示,在180-250℃范围内合金的峰时效屈服强度基本一致,约为150MPa。推导了NZ30K镁合金在欠时效、峰时效和过时效阶段的强化模型。在欠时效与峰时效阶段,镁合金中析出强化作用在一定温度范围内只与强化相的相对体积分数 r?相关,且与1/2r?成正比。结合力学性能测试数据确定了180-250℃范围内强化模型中的参数B1。在过时效阶段,强化模型认为析出过程已经结束,析出相体积不变条件下其尺寸变大,因而力学性能仅取决于析出相粒子尺寸。通过对200℃和250℃等温时效条件下TEM测定的析出相粒子尺寸进行拟合得出粗化模型,进而拟合获得了强化模型参数。实验与预测结果表明此强化模型能较准确地预测NZ30K镁合金时效过程中各个阶段的屈服强度。