微量A1对EW75合金组织及力学性能的影响

【摘要】本文以EW75(Mg-7Gd-5Y-1.2Nd-0.5Zr)合金为基础,通过OM、SEM、TEM等分析手段；硬度、拉伸、蠕变等测试方法,系统研究微量Al对EW75合金组织及力学性能的影响,探讨含铝EW75合金余料回收方法,同时以Al代Zr开发Mg-Gd-Y-Al系耐热稀土镁合金。发现Mg-Gd-Y熔体中Al与Zr反应生成以Al3Zr为主的复杂Al-Zr相,快速沉降至坩埚底部。同时,Al与RE反应生成形态不同的Al2RE相,该相沉降不明显。熔炼制备EW75-xAl(x=0,0.2,0.4,0.7wt.%)合金,铸态晶粒尺寸为40μm-80μm,组织组成为α-Mg、共晶(MgsRE)和Al2RE相；室温下抗拉强度为175MPa-215MPa,屈服强度为159MPa-187MPa,延伸率为1%-3.5%。均匀化处理(545℃/16h)后共晶组织完全回溶于基体,Al2RE相不回溶且高温下阻碍晶粒长大,合金均匀化后强度变化不明显。合金挤压后晶粒尺寸为8μm-13μm,室温下抗拉强度为328MPa-344MPa,屈服强度为230MPa-252MPa,延伸率为9.2%-15%。随着A1含量增加,强度先减小后增大再减小,EW75-0.4A1合金强度最高。经过T5时效处理(225℃/12h)后,室温强度分别提高约100MPa,抗拉强度为406MPa-460MPa,屈服强度为321MPa-340MPa,延伸率为1.2%-3.3%,EW75-0.4A1合金强度仍为最高。T5态合金200℃时的高温力学性能较好,抗拉强度为365MPa-403MPa,屈服强度为315MPa-347MPao250℃时的高温力学性能明显下降,抗拉强度为327MPa-361MPa,屈服强度为287MPa-311MPa。通过研究EW75-xAl合金T5态蠕变性能,发现当蠕变条件为(200℃、225℃250℃)/100MPa时,稳态蠕变速率分别为8.06E-09、6.61E-08和8.41E-07(s-1),随着温度升高,稳态蠕变速率明显升高,200℃和225℃蠕变均未出现第三阶段(蠕变加速阶段)。250℃/100MPa时,试样在70h附近断裂,总变形量高达44.74%,说明温度对蠕变影响很大。当蠕变条件为200℃/(100MPa、25MPa、150MPa)时,稳态蠕变速率分别为8.06E-09,1.25E-08和2.44E-08(s-1),基本处于同一水平,说明应力对蠕变影响有限。计算得到T5态EW75-xAl合金的蠕变激活能为190.7kJ/mol,应力指数为2.7,由经典蠕变理论推断,在(200℃-250℃)/(100MPa-150MPa)条件下合金蠕变以位错蠕变机制为主,蠕变速率主要受位错粘滞运动控制。
【作者】张国栋；
【导师】李兴刚；
【作者基本信息】北京有色金属研究总院，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】稀土镁合金；元素沉降；力学性能；均匀化处理；蠕变性能；

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