mgalsrca耐熱鎂合金組織、性能及其蠕變行為的研究

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1、上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文Mg-Al-Sr／0a耐熱鎂合金組織、性能及其蠕變行為的研究摘要‘開發(fā)價格低廉，性能優(yōu)良的耐熱鎂合金，使鎂合金能夠應(yīng)用于汽車傳動系統(tǒng)零部件，已經(jīng)成為急需解決的重要課題。含有Ca、Sr的Mg．～．堿土系合金是非常有發(fā)展前途的低成本抗蠕變鎂合金。本文以Mg．5AI．0．3Mn(AM50)合金為基礎(chǔ)，通過合金化，研究了重力鑄造M爭砧一Sr-(Ti)合金的組織結(jié)構(gòu)、室溫和高溫力學(xué)性能、高溫拉伸蠕變機制和蠕變斷裂行為。研究了壓鑄Mg．AI．Sr-(Ti)合金的組織結(jié)構(gòu)、流動性和力學(xué)性能及不同

2、制備工藝下Mg．A1．Sr合金的拉伸和壓縮蠕變行為和蠕變過程中的組織演化。并在研究壓鑄Mg-A1一Ca系合金組織和性能的基礎(chǔ)上，進行了賽車用汽缸套的工業(yè)試驗。研究目的是為汽車用低成本耐熱鎂合金的開發(fā)應(yīng)用提供理論和實踐依據(jù)。對重力鑄造Mg-AI—Sr合金組織和性能的研究發(fā)現(xiàn)，微量Sr}jI入到重力鑄造AM50合金中，大部分sr原子都溶入Mgl7A112顆粒中，沒有在組織中形成新相，并且細化了合金的組織，尤其細化了合金的第二相。加入0．1wt％Sr后，由于Mgl7A112顆粒的變質(zhì)及熱穩(wěn)定的增加，使合金的常溫

3、，高溫強度及其抗蠕變性能明顯得到提高。當Sr加入量超過O．4％后，鑄態(tài)組織中出現(xiàn)了層片狀的仙sr相，抑制了Mg．5A1合金組織中Mgl7A112的生成，提高了合金在高溫的強度和抗蠕變性能。與基體Mg-5A1合金相比，Mg-5A1．1Sr合金的穩(wěn)態(tài)拉伸蠕變速率降低了近兩個數(shù)量級。研究Ti對重力鑄造Mg-5A1．1Sr合金組織和性能的影響表明，雖然1wt％Sr的加入降低了AMS0合金的室溫抗拉強度和延伸率，復(fù)合加入Ti可以改善合金由于sr加入后導(dǎo)致室溫塑性的降低，并且進一步提高了合金的高溫強度，這歸因于晶界A

4、14sr的形態(tài)從粗大的層片狀轉(zhuǎn)變成為細球狀或短條狀。Ti對于合金抗拉伸蠕變性能的影響與蠕變溫度有關(guān)，在蠕變溫度低于150℃，Ti的加入會略微提高Mg-5A1．1Sr合金的抗蠕變性能。蠕變溫度高于150℃，Ti的加入會降低Mg-5AI一1Sr合金的抗蠕變性能。本文利用電子理論計算并分析了AM50合金中的Mgl7All2相、Mg．5A1．0．1Sr合金中溶入Sr的Mgl7舢12相FtOMg．5A1．1S冶金中的仙Sr相的價電子結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，Mgl7All2晶體的鍵結(jié)構(gòu)不均勻?qū)е碌摹盁釕?yīng)力集中"是熱穩(wěn)定性不高

5、的主要原因。溶入Sr厶提高M917All2相的熱穩(wěn)定性，降低Mgl7All2相的可變形性，從而可以提高合金的抗蠕變性能。與M91棚12相比，弛Sr的主鍵絡(luò)并不需要第三強鍵St-A1鍵的連接就能形成完整的網(wǎng)格，而且最強的兩個D圳鍵的價電子數(shù)差別不大，因此其主鍵結(jié)構(gòu)非常均勻，這是汕sr具有較高的熱穩(wěn)定性的本質(zhì)原因。對壓鑄Mg-A1．Sr-(Ti)合金的研究表明，即使在冷卻速度較快的壓鑄工藝中，Sr和上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文Ti的微合金化依然對于組織有細化作用。與重力鑄造合金類似，1wt％Sr依然會抑制Mg-A

6、1基壓鑄合金中Mgl7A112相的形成。雖然冷卻速度會影響Mg—AI—Sr合金中相的組成，但是壓鑄合金中主要的第二相及其Sr元素對于力學(xué)性能的影響規(guī)律基本與重力鑄造合金的結(jié)果一致。壓鑄鎂合金的常溫屈服強度遠遠大于重力鑄造合金的屈服強度。壓鑄合金強度的提高來源于兩方面：一是晶粒細化，二是第二相的細化和體積百分比的增加。此外，壓鑄件表面的細晶層對于壓鑄件合金的強度有至關(guān)重要的作用。對壓鑄鎂合金的流動性的研究表明，與重力鑄造工藝類似，壓鑄工藝中合金的流動依然可以劃分為過熱流動和零過熱流動兩個階段。與重力鑄造相比

7、，壓鑄工藝中的臨界凝固分數(shù)較高，而澆注溫度較低，這導(dǎo)致了合金在壓鑄工藝中第二階段的流動長度(￡m，．卸、)占流動總長度的百分率要比重力鑄造工藝中的高很多。蠕變激活能和應(yīng)力指數(shù)的計算表明，重力鑄造Mg-5A1．0．1Sr合金和Mg-5A1-1Sr合金的拉伸蠕變機制是不同的。重力鑄造Mg．5A1．0．1Sr合金在175"C低應(yīng)力(<70MPa)是位錯攀移控制蠕變穩(wěn)態(tài)速率，在70MPa低溫(<175℃)下晶界擴散伴隨的晶界滑移是主要的蠕變機制。而重力鑄造Mg-5AI．1Sr合金在低溫(<175"C)和低應(yīng)力(<

8、70MPa)下的蠕變由晶界附近的組織穩(wěn)定性及其蠕變析出的Mgl7All2相的形成和生長控制。Mg．5A1．1Sr合金中存在顆粒(例如At,S0的強化作用是其與Mg．5A1-0．1Sr合金具有不同的拉伸蠕變機制的主要原因。對Mg-A1．Sr合金的高溫拉伸蠕變斷裂行為的研究表明，晶界滑移和分解切應(yīng)力是AM50蠕變空洞形核和生長的驅(qū)動力，而約束擴散生長機制是Mg-5A1—1Sr鎂合金的空洞生長機制。合金蠕變斷裂行為的不同主要由晶界上