论文部分内容阅读
镁-稀土(Mg-RE)基合金由于具有优异的室温和高温力学性能，而成为引人关注的轻质结构材料。在所有的稀土元素中，Y（钇）被认为是提高镁合金高温性能最有效的元素，由此开发了一系列Mg-Y-RE基耐热镁合金。近年来，人们相继研究了Mg-Y-Nd-Zr和Mg-Y-Sm-Zr等新型的高强耐热镁合金。随着Mg-RE基合金研究的深入进行，一些研究者发现，通过在Mg-RE基合金中加入廉价的碱土元素Ca(钙)来代替部分稀土元素，也可获得相近的力学性能，并且还发现，加入少量的合金元素Sb(锑)，可以进一步改善Mg-RE基合金的高温强度和抗蠕变性能。 本文采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、带有电子能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等，通过硬度测试、室温和高温拉伸及蠕变试验等，系统地研究了Mg-(2-12)Y、Mg-5Y-(2-4)Sm-0.8Ca、Mg-5Y-3Sm-0.8Ca-(0.1-1.0)Sb(wt.％)等Mg-Y基合金的显微组织、力学性能和蠕变行为，成功地制备出了高温强度和抗蠕变性能优异的Mg-5Y-3Sm-0.8Ca-0.5Sb合金。研究结果表明: Mg-(2-12)Y合金的铸态组织均由α-Mg基体和Mg24Y5相组成;Mg24Y5可以作为α-Mg形核的有效核心，从而细化合金的晶粒尺寸;随着Y含量的增加，铸态Mg-Y合金的室温抗拉强度先增加后降低，且在10％Y时取得最大值(200MPa)，而在5％Y时抗拉强度为178MPa;Mg-5Y合金可以作为开发轻质结构材料的基础。 Mg-5Y-(2-4)Sm-0.8Ca合金的铸态组织均由α-Mg基体和Mg24Y5、Mg41Sm5、Mg2Ca相组成;随着Sm含量的增加，铸态Mg-Y-Sm-Ca合金的室温抗拉强度和伸长率均先增加后降低，其中Mg-5Y-3Sm-0.8Ca合金的力学性能最好，其抗拉强度为208MPa，高于Mg-10Y合金，与Mg-5Y合金相比有了显著的增加。Mg-5Y-3Sm-0.8Ca合金经525℃/6h固溶处理，共晶相大部分溶入镁基体，在225℃进行时效时，合金的时效析出序列为S.S.S.S.→β"相→β'相→β相;合金的时效硬化效应明显，225℃峰值时效时间为12h;经过固溶时效处理后，合金的室温抗拉强度为224MPa，随着拉伸试验温度的升高，合金的抗拉强度下降幅度较小，250℃时仍为188MPa。 Mg-5Y-3Sm-0.8Ca合金中加入0.1％-1.0％的合金元素Sb后，合金中有高熔点的Mg3Sb2相生成;合金具有良好的室温及高温力学性能，随着Sb含量的增加，时效态合金的屈服和抗拉强度均先增加后降低，而伸长率变化不大;在室温和高温下，合金的断裂方式均为脆性断裂，强化机制主要为细晶强化和弥散强化等;在室温、200℃、250℃、300℃时，Mg-5Y-3Sm-0.8Ca-0.5Sb合金的抗拉强度最高，分别为266MPa、244MPa、216MPa和208MPa，从室温到300℃，抗拉强度仅下降22％，高温抗拉强度极其稳定，从200℃到300℃，抗拉强度仅下降36MPa，下降幅度仅为15％，其稳定性优于发展最为成功的商用耐热镁合金WE43。 Mg-5Y-3Sm-0.8Ca-0.5Sb合金在200-300℃/50-70MPa条件下具有优异的抗蠕变性能，即使在250-300℃/70MPa条件下，仍具有比商用耐热镁合金WE43在250℃/60MPa条件下更低的稳态蠕变速率;在50MPa应力下蠕变100h后，合金的晶粒尺寸随着蠕变温度的升高而增大，当温度达到300℃时，合金发生明显的动态再结晶，晶粒明显细化;在70MPa应力下蠕变100h后，合金没有发生明显的动态再结晶，但随着蠕变温度的升高，扩散蠕变加剧。