论文部分内容阅读
作为轻型结构材料的镁合金研究和应用受到越来越多的关注。虽然镁合金的室温性能优异,但是在温度超过120℃时,蠕变强度会随温度升高而大幅下降。镁合金耐热性差已成为限制其应用的主要问题之一。早期的耐热镁合金使用温度可达200℃以上,主要的合金元素是稀土。由于稀土元素价格昂贵,难以回收,不利于环境保护等问题严重限制了耐热镁合金的工业化应用。因此,开发成本更低,性能更好的耐热镁合金是当今耐热镁合金研究的重点。首先,本研究以Mg+-8All系镁合金为研究对象,首先研究了碱土元素Sr对合金物相组成,组织组成、室温及高温力学性能的影响。实验研究表明,碱土元素Sr明显细化了合金组织,有效抑制了低温相β-Mg17Al2的形成,改变了合金的物相组成。随着合金元素Sr的添加,合金中出现了新的相结构,包括成条状的铝、锶化合物A14Sr和不规则块状的A12Sr。A14Sr的熔点为1040℃、A12Sr的熔点为936℃,二者属于高温耐热相,均分布于晶界,有助于合金高温力学性能的提高。TEM分析结果显示两种化合物的微观形貌不同,晶体结构各异,Al4Sr相具有体心四方结构,而Al2Sr是面心立方结构。发现Mg-8A1-xSr(x=0mass%,2mass%,3.5mass%,5mass%)系列合金中,Mg-8A1-3.5Sr合金在室温、150℃及200℃时的力学性能最好,其抗拉强度在三温度下分别取得186MPa,158MPa和160MPa。其次,本论文以Mg-8Al-3.5Sr合金为基础合金,研究了微量稀土元素Y对合金物相组成,组织组成、室温及高温力学性能的影响。实验研究表明,稀土元素Y进一步细化了合金组织。在合金熔炼过程中Y会优先剥夺合金中的铝原子,生成高熔点弥散的点状化合物A12Y,这使得合金中的A14Sr相随着Y元素的增加逐渐减少,而A12Sr相数量随之增多。实验结果表明,多数A12Y相分布于晶界,能够有效阻碍高温下晶界的滑移,在25℃,150℃以及200℃时合金Mg-8Al-3.5Sr-0.60Y的抗拉强度值取得最大,分别为201MPa,191MPa和192MPa,与Mg-8Al-3.5Sr-0Y合金相比,分别提高了约8%,21%和12%。高分辨观察表明,在晶界处的A12Y相呈颗粒状,其直径约为φ50nm。最后,本论文以Mg-8Al-3.5Sr-0.60Y合金为基础,研究了微量稀土元素La对合金物相组成,组织组成、室温及高温力学性能的影响。结果表明,少量稀土元素La,可进一步细化合金组织,在合金中生成少量位于晶界的针状高熔点相A14La。合金Mg-8Al-3.5Sr-0.60Y-0.05La的常温及高温力学性能最好。在200℃/70MPa条件下的蠕变试验表明,合金Mg-8Al-3.5Sr-0.60Y-0.05La在100小时的试验时间内仍处于稳态蠕变阶段,总应变仅为0.26。综上所述,高温耐热相Al4Sr、Al2Sr、A12Y及Al4La的共同作用是合金高温力学性能提高的根本原因。