含nd耐热镁合金显微组织和性能的研究

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1、含Nd耐热镁合金显微组织和性能的研究摘要稀土元素是改善镁合金高温性能最有效的元素，在耐热镁合金中，稀土镁合金占有特殊的地位，目前世界各国含稀土铸造镁合金牌号已占镁合金总数50％以上。中国是镁、稀土资源大国，研究和开发价格适中和高性能的稀土镁合金具有非常有利的条件。本文以Mg-Nd二元合金和Mg-A1-Nd三元合金为主要研究对象，运用光学金相分析(OM)，扫描电子显微分析(SEM)，电子束微区分析(EDAX)，X射线衍射分析(Ⅺ①)，等离子耦合光谱(ICP)，透射电子显微分析(TEM)等多种分析和测试手段，系统研究了不同稀土元素La和Nd以及Nd含量的变化对

2、Mg-Nd=元合金和Mg．Al-Nd三元合金的显微组织、力学性能和抗蠕变性能的影响。在Mg-La和Mg-Nd二元铸态合金中，La和Nd在合金中的分布形式明显不同。La主要存在于沿枝晶间界形成连续粗大的网状分布的共晶相(Mg+M917【矗2)中；而Nd则以部分存在于离异共晶MgnNd相中，其余则过饱和固溶于基体中。随着Nd含量的增加，M912Nd离异共晶的数量也逐渐增加，分布方式也从沿晶界上的点状逐渐过渡到网状分布。利用SEM和TEM研究了N2合金固溶(525℃／8小时)时效(250℃)后的显微组织。结果表明，时效l小时后，带状排列的137相和片状的B相先后

3、从a-Mg基体中析出，p7相、p相和mMg基体都有一定的共格关系，其中p7相和甜Mg基体共格关系为(1io)B，／／(0001)Ms和【1l互】p，／／[i]oo]Mg；p相和a-Mg基体的共格关系为(011)袱2iio)Mg和[100]d／[0001]Mg。两者的惯析面分别(1100)№和(2110)№面。时效6小时后，介稳的带状排列的p7相消失，平衡p相沿[000l】MS方向长大。同时对N2合金的XRD分析表明，时效6小时后合金中的析出相只有B(Mgl2Nd)。对时效合金的硬度测试表明，随时效时间的延长，合金的硬度先升高，达到峰值后随时效时间的延长，硬

4、度下降。通过计算析出相p7相和p相与a-Mg基体在惯析面和底面上的原子错配程度，解释了两相形貌形成的原因。结果发现在惯析面上两相和基体之间有非常好的原子匹配，特别是B7相在惯析面上和Mg之间几乎没有错配度。通过析出过程中的热力学和动力学分析，分析了p7相和p相形成过程中的形核和长大的过程。铸态Mg-Nd二元合金的室温拉伸性能相比Mg．Al基合金稍差，但是在高温下显示了优异的拉伸性能，而L2合金不论在室温和高温下，拉伸性能都非常差。固溶时效处理使Mg-Nd二元合金在室温和高温下的拉伸性能大大提高。热挤压后的N2合金具有非常优异的综合拉伸性能。对断口的显微组织

5、研究表明，在室温下铸态合金L2属于典型的沿晶脆性断裂；随着Nd含量的增加，Mg-Nd二元铸态合金从典型的解理断裂向沿晶断裂转化。在高温下，各铸态合金的断裂机理基本没有改变。而挤压后的N2合金的断裂为典型的塑性韧窝断裂，随着温度的提高，韧窝的深度加深，塑性增强。对Mg-Nd二元合金在175℃／70MPa、200℃／70MPa和225℃／70MPa的蠕变性能研究表明，Mg-Nd二元合金具有良好的抗蠕变性能，而且随着Nd含量的增加，Mg-Nd合金的抗蠕变性能增强。系统测试了在不同温度范围内(150℃一250"C)和不同应力条件下(30MPa—110MPa)N2铸

6、态合金的蠕变性能。结果发现，在相同的蠕变温度下，合金随蠕变应力的提高，稳态蠕变速率和蠕变延伸率增大。在高温低应力和低温高应力下的蠕变曲线有明显的不同。在相同的蠕变条件下，N2合金的抗蠕变性能远远优于L2合金的抗蠕变性能。对T6态N2合金和挤压态N2合金在175℃／70MPa、200℃／70MPa和225℃／70MPa的蠕变性能进行了测试并和铸态的蠕变性能进行了比较。结果显示，T6态N2合金的抗蠕变性能在175*C／70MPa优于铸态；而在225℃／70MPa低于铸态的抗蠕变性能。挤压态N2合金则不论在175℃／70MPa还是在225℃／70MPa都优于铸态

7、合金的抗蠕变性能。通过对蠕变激活能O和应力指数n值的计算和不同温度下蠕变后显微组织的观察得出N2合金蠕变过程中是受位错的攀移机制控制的，而L2铸态合金则受晶界滑动机制控制。通过模型分析了两种蠕变回复机制的机理。系统研究了Mg-Nd二元合金低温蠕变断裂后V型裂纹形成和高温蠕变后O型裂纹形成的原因，通过模型分析了裂纹形核和长大的机制。微量Ti元素的加入大大细化了N2铸态合金的组织，使铸态合金N2在室温和高温的强度和塑性都得到改善。啊的微合金还使N2合金在175。C／70MPa条件下的抗蠕变性能相比铸态略有提高。通过二维点阵错配度模型，计算了a-Ti作为a-Mg

8、异质形核核心的可能性，系统研究了a-Ti对Mg-Nd二元合金的细化