锑对AZ31合金组织结构及高温性能的影响

论文摘要

镁合金由于密度小,比强度高等优点而日益受到重视,但其较差的高温性能使其应用受到很大限制。为此,本研究选用AZ31作为母合金,采用元素Sb对其进行合金化,以求改善合金的高温性能。通过对AZ31-x%Sb系列合金的室温、高温力学性能及蠕变性能进行测试,结合OM、SEM和TEM观察,研究了元素Sb对AZ31合金组织与性能的影响及合金蠕变期间的变形机制。 结果表明:AZ31合金经微量元素Sb合金化后,可有效改善合金的高温性能,其中,AZ31-0.84%Sb合金的室温和200℃抗拉强度分别达到297MPa和189MPa。在本实验的应力和温度范围内,合金蠕变期间位错运动的内摩擦应力具有明显的温度敏感性,当温度高于175℃时,内应力值迅速降低;150℃和175℃在50MPa条件下的蠕变期间,合金具有较高的位错运动内摩擦应力,较低的应变速率,其蠕变寿命均大于1200小时;该蠕变规律符合蠕变速率方程 通过该方程及蠕变曲线数据可计算出AZ31-0.84%Sb合金稳态蠕变期间的蠕变激活能为145±10kJ/mol;在不同的应力范围,合金具有不同的应力指数。 AZ31-0.84%Sb合金中析出的高体积分数第二相,是该合金具有较好高温性能的主要原因,特别是高熔点、稳定的Mg3Sb2相,弥散分布于合金中,可有效阻碍位错的运动及晶界的滑动。热处理可提高析出相的弥散程度,进一步改善合金的抗拉强度及蠕变抗力,并降低位错运动内摩擦应力的温度敏感程度。微观组织观察及衍衬分析表明:AZ31与AZ31-0.84%Sb合金在200℃、50MPa蠕变期间,主要的变形机制是大量形变位错在基体中滑移,及<a+c>位错分别可在基面、柱面和锥面等非基面滑移,锥面滑移的位错可借助于分解反应,交滑移至另一柱面;在塑性兼容应力的作用下,合金可发生孪晶变形,以多组平行束形式存在的孪晶界可阻碍位错运动,而孪晶区域内晶体取向的微小变化,有利于孪晶内位错的滑移;因此,孪晶作为一种附加的变形机制可改善合金的韧性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 镁合金的特点及运用
• 1.1.2 镁合金的发展概况
• 1.1.3 Mg-Al-Zn合金的性能特点
• 1.1.4 Mg-Al-Zn合金的蠕变性能
• 1.2 蠕变期间的组织演化
• 1.2.1 变形的不均匀性
• 1.2.2 蠕变期间晶界的作用
• 1.2.3 亚晶粒的形成
• 1.3 蠕变现象的微观机制
• 1.3.1 初始蠕变阶段
• 1.3.2 过渡蠕变理论
• 1.3.3 稳态蠕变理论
• 1.4 提高镁合金高温蠕变性能的措施
• 1.4.1 基体强化
• 1.4.2 晶界强化
• 1.4.3 Mg-Al基耐热铸造镁合金的发展
• 1.5 本文研究的意义、目的和内容
• 2 实验方法及内容
• 2.1 合金配制
• 2.2 试样制备
• 2.3 实验仪器及设备
• 2.4 实验内容
• 2.4.1 拉伸性能测试
• 2.4.2 内应力测定
• 2.4.3 高温拉伸蠕变性能测试
• 2.4.4 组织形貌观察
• 3 实验结果及分析
• 3.1 合金的力学性质及影响因素
• 3.1.1 热处理对AZ31-x％Sb合金抗拉强度的影响
• 3.1.2 Sb含量对AZ31合金力学性能的影响
• 3.2 合金蠕变期间位错运动的平均内摩擦应力
• 3.2.1 位错运动内应力的测定原理
• 3.2.2 热处理对AZ31-x％Sb合金内应力的影响
• 3.2.3 施加应力对AZ31-0.84％Sb合金平均内应力的影响
• 3.3 合金的高温蠕变行为
• 3.3.1 Sb对AZ31合金蠕变特征的影响
• 3.3.2 不同条件下AZ31-0.84Sb％合金的蠕变曲线
• 3.3.3 综合蠕变方程及相关因素
• （1） 综合蠕变方程
• （2） 稳态蠕变激活能的计算
• （3） 应力指数的计算
• 3.4 合金的组织结构与相分析
• 3.4.1 合金的组织结构
• 3.4.2 合金的相分析
• 3Sb₂相弥散强化作用的讨论'>3.4.3 粒状Mg₃Sb₂相弥散强化作用的讨论
• 3.5 合金蠕变期间的组织演化
• 3.5.1 蠕变初始阶段
• 3.5.2 蠕变稳态阶段
• 3.5.3 蠕变加速阶段
• 3.5.4 断口形貌观察
• 3.6 合金蠕变期间的变形特征及衍衬分析
• 3.6.1 合金蠕变期间的位错滑移
• 3.6.2 合金形变中的孪晶变形
• 3.6.3 合金微观形变特征的讨论
• 4 结论
• 参考文献
• 附录A 蠕变激活能及应力指数公式推导
• 在学研究成果
• 致谢