Sn对Mg-Al-Zn-RE抗蠕变镁合金性能与组织的影响

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环保是当今世界发展的主题之一,减轻汽车以及其它运输、飞行工具的重量,降低能耗,是保护环境的有效途径。镁合金是最轻的金属之一,利用镁合金制作零部件是降低运输工具重量最有效的方法,但需要镁合金具有高强度和高温抗蠕变的力学性能。目前关于镁合金的抗蠕变研究还在起步阶段,急需大量的科学研究和技术储备。汽车中镁合金传动零件的一般工作环境温度是150℃-250℃,研究此温度范围下镁合金的蠕变性能是很有实用性的。目前用途最广、综合性能最好的工业镁合金中主要合金元素都含有Al元素。Mg17Al12是Mg-Al系列合金最重要的强化相,但Mg17Al12相的熔点低、稳定性差,在镁合金中常以网状存在,要提高镁合金的抗蠕变性能就需要降低合金中Mg17Al12的含量,而生成其它高熔点、硬质稳定的第二相。Sn在镁合金中能形成高熔点的Mg2Sn第二相,能阻止高温下晶界的滑移和位错的攀移,从而可以提高镁合金的抗蠕变性能。但是目前关于Sn元素对镁合金在力学性能、组织等方面的研究很少。本论文主要研究了以下几个方面的的问题:1)制备具有高抗蠕变性能的含Sn镁合金,2)研究Sn对镁合金蠕变性能的影响机理和方式,3)研究不同Sn含量的镁合金的的蠕变性能的变化规律。通过减少Al的含量,添加稀土等其它合金元素来制备具有抗蠕变性能的Mg-Al-Zn基体,研究不同Sn含量对于Mg-Al-Zn-RE镁合金抗蠕变性能的影响,找到具有最好抗蠕变性能的镁合金的最佳含Sn量。通过研究得出了以下结论:试验镁合金蠕变性能的提高主要是稀土合金相和Mg2Sn相的第二相强化,以及Sn等合金元素的固溶强化而实现的。试验镁合金通过固溶时效处理,可以使热处理前粗大的(Mg,Zn)17Al12相经固溶进基体后并在时效后又以细小、弥散的方式析出,同时也析出细小的Mg2Sn相。稀土元素在镁合金中有第二相强化和细化(Mg,Zn)17Al12相的作用,能提高试验镁合金的总形变量,并降低其稳态蠕变速率,提高合金的抗蠕变性能。Sn元素在镁合金中有固溶强化和第二相强化的作用。Sn元素的添加能提高镁合金的室温抗拉强度和屈服强度;随着加Sn量的增加,镁合金的塑性降低,蠕变速率逐渐降低,镁合金的断裂寿命增加;但当Sn的含量超过1.5%时,Mg2Sn相长大加剧,并易和(Mg,Zn)17Al12相复合而呈粗大的相,从而割裂基体,使试验镁合金的蠕变断裂寿命反而有所下降,抗蠕变性能降低。随着蠕变实验温度升高,(Mg,Zn)17 -Al12相的变形以及溶解程度加大,而Mg2Sn相和稀土相依然稳定;随着蠕变温度的升高试验镁合金的蠕变总形变量增加,蠕变速率提高,蠕变断裂寿命变短。含Sn镁合金的蠕变断裂方式是脆性断裂;经过蠕变拉伸实验的组织变得疏松、晶界变形,并有孔洞出现。
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