Mg-Zn-Y-Zr合金低温拉伸与低温真空疲劳性能

论文摘要

本文利用MTS材料试验机和MYBP疲劳试验机研究了锻造态Mg-Zn-Y-Zr合金在室温与低温（223K、173K、123K、77K）下的拉伸性能和室温大气、室温真空、低温真空环境下的疲劳性能,并采用光学显微镜、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析技术考察了该合金的低温拉伸与低温真空疲劳变形断裂行为。研究表明,锻造态Mg-Zn-Y-Zr合金主要由基体α-Mg、Mg3YZn6相和Mg3Y2Zn3相组成,Mg3YZn6相和Mg3Y2Zn3相可形成混合物,以较大尺寸的第二相颗粒分布于α-Mg晶界处,或以细小颗粒弥散分布在α-Mg晶粒内部。测试温度对Mg-Zn-Y-Zr合金的拉伸性能具有显著影响,随拉伸温度的降低,合金的抗拉强度和屈服强度增加,塑性降低,弹性模量增高。Mg-Zn-Y-Zr合金在室温下具有良好的塑性,延伸率可达15.5%,这与合金中稀土元素Y的存在有关,77K拉伸时合金的延伸率则降低到4.2%。随拉伸温度的降低,Mg-Zn-Y-Zr合金拉伸断口形貌逐渐表现出解理断裂的特征,拉伸温度越低,解理特征越明显。Mg-Zn-Y-Zr合金在低温下的变形主要以孪生为主,尽管仍可发现位错滑移的迹象。各种温度下,拉伸试样标距内的变形均较均匀。Mg-Zn-Y-Zr合金在低温真空环境下的疲劳性能较室温大气有很大提高,疲劳寿命显著增加,室温真空环境下的疲劳性能则介于二者之间。三种环境下,疲劳源总是产生于存在第二相颗粒或者有缺陷的试样表面或次表面。其中,室温大气和室温真空环境下,微裂纹萌生于试样表面或者接近表面,而低温真空环境下则萌生于试样次表面。合金在室温大气环境下的疲劳断裂以塑性断裂为主,并且发现沿晶界处第二相颗粒聚集区域断裂的现象;低温真空疲劳断口解理断裂特征明显,并可发现裂纹沿特定晶体学平面扩展的痕迹。三种疲劳试样断口均存在疲劳辉纹,低温环境下的疲劳辉纹最清晰。断口附近显微组织中则可发现大量的疲劳变形孪晶和数量有限的滑移带,表明三种环境下Mg-Zn-Y-Zr合金的疲劳仍以孪生变形为主。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 镁合金的研究进展
• 1.2.1 金属镁
• 1.2.2 镁合金及其性能特点
• 1.2.3 稀土镁合金
• 1.2.4 镁合金在航天航空领域的应用
• 1.3 空间环境及其对航天用金属材料性能的影响
• 1.3.1 空间环境简述
• 1.3.2 空间环境对航天用金属材料性能的影响
• 1.4 镁合金疲劳研究进展
• 1.4.1 金属材料的疲劳
• 1.4.2 镁合金的疲劳及其研究进展
• 1.5 研究课题的来源及主要研究内容
• 第2章 试验材料及方法
• 2.1 试验材料及试样制备
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试样制备
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 显微组织分析
• 2.2.2 拉伸性能测试
• 2.2.3 疲劳性能测试
• 第3章 Mg-Zn-Y-Zr 合金的低温拉伸性能
• 3.1 引言
• 3.2 Mg-Zn-Y-Zr 合金的显微组织
• 3.2.1 XRD 物相分析
• 3.2.2 金相显微组织分析
• 3.3 Mg-Zn-Y-Zr 合金的低温拉伸性能
• 3.3.1 应力-应力曲线
• 3.3.2 测试温度对力学性能影响
• 3.4 Mg-Zn-Y-Zr 合金拉伸断口形貌
• 3.4.1 宏观断裂形貌
• 3.4.2 断口形貌SEM 观察
• 3.5 Mg-Zn-Y-Zr 合金拉伸变形组织
• 3.5.1 293K 拉伸变形组织
• 3.5.2 223K 拉伸变形组织
• 3.5.3 173K 拉伸变形组织
• 3.5.4 123K 拉伸变形组织
• 3.5.5 77K 拉伸变形组织
• 3.5.6 不同温度拉伸变形组织对比
• 3.6 本章小结
• 第4章 Mg-Zn-Y-Zr 合金的低温真空疲劳性能
• 4.1 引言
• 4.2 不同环境下Mg-Zn-Y-Zr 合金的疲劳性能
• 4.2.1 S-N 曲线
• 4.2.2 测试环境对疲劳载荷影响
• 4.3 不同环境下Mg-Zn-Y-Zr 合金疲劳断口形貌
• 4.3.1 宏观断裂形貌
• 4.3.2 室温大气环境下疲劳断口形貌SEM 观察
• 4.3.3 室温真空（10-3Pa）环境下疲劳断口形貌SEM 观察
• 4.3.4 低温真空环境（83K、10-4Pa）下疲劳断口形貌SEM 观察
• 4.4 Mg-Zn-Y-Zr 合金的疲劳变形组织
• 4.4.1 断口附近微观组织能谱分析
• 4.4.2 室温大气环境下疲劳变形组织
• 4.4.3 室温真空（10-3Pa）环境下疲劳变形组织
• 4.4.4 低温真空（83K，10-4Pa）环境下疲劳变形组织
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢