mgalznsrnd耐热镁合金的制备及其力学性能研究

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1、摘要由于镁合金具有优良的特点使其在汽车工业、航空航天等领域应用越来越广泛，但其较低的耐热性能限制了它作为结构材料的应用范围。提高耐热性是镁合金的主要研究方向之一。本文通过光学显微镜、X射线衍射分析、扫描电子显微镜及能谱分析等试验方法和手段对金属模铸造的Mg．4A1．(1Zn)一1Sr-xNd合金和水冷模铸造的Mg．4A1．1Zn．1Sr-2Nd合金显微组织及力学性能进行研究，分析了稀土元素Nd以及水冷模铸造对合金组织和性能的影响。X射线衍射分析结果表明Mg．4A1一(1Zn)．1Sr基体合金主要由：a．Mg、A1。Sr、Mgl7

2、A112组成。添加稀土Nd后，出现了细针形的A11lNd3和块状多边形的A12Nd，AlnNd3随着Nd含量的增加最终演变为菊花状，A12Nd随着Nd含量的增加数量增加，体积增大。＼·添加稀土元素Nd能够细化合金晶粒，提高合金的室温和175℃高温拉伸性能。当Nd含量为1．0wt．％时合金的室温和高温断后伸长率达到峰值，室温时分别为9．O％和9．5％(含Zn)，高温时分别为16．5％和17．1％(含Zn)。当Nd含量为2．0wt．％时合金的室温和高温抗拉强度、屈服强度达到峰值，抗拉强度室温时分别为206MPa和211MPa(含Zn

3、)，高温时分别为138MPa和141MPa(含Zn)，屈服强度室温时分别为127MPa和134MPa(含Zn)，高温时分别为100MPa和101MPa(含Zn)。细针形的A111Nd3对合金拉伸性能有利，而大块状的A12Nd相与基体较差的结合力，使得合金拉伸过程中过早的萌生裂纹，是导致合金拉伸性能下降的主要原因。’Mg．4A1．1Zn．1Sr-xNd合金在175℃／70MPa条件下的抗蠕变性能随着Nd含量的增加而增加，当Nd含量为3．0wt．％时合金100h蠕变变形量和稳态蠕变速率最小，分别是2．99％和92．7×10‘10s～

4、。Nd元素是通过抑制Mgl7A112相的不连续析出和A1llNd3相强化作用，提高合金抗蠕变性能的。水冷模铸造没有改变合金的物相组成，但进一步细化了合金晶粒，改变了析出物的分布方式，进一步提高了合金高温抗拉强度、屈服强度，但降低了合金室温抗拉强度、屈服强度，降低了合金的塑性。合金中析出物的连续网状分布引起晶界处、A111Nd3与A14sr交叠分布处的脆化是合金室温抗拉强度、屈服强度降低的主要原因。水冷模铸造大幅度提高了合金的抗蠕变性能，这是由于合金中呈网状密集分布的析出物，形成了“T”字形的稳定结构，很好的强化了晶界和晶粒，大幅

5、提高合金抗晶界滑移蠕变和位错滑移蠕变的能力。北京工业大学工学硕：L学位论文关键词镁合金；稀土；显微组织；力学性能；水冷ⅡABSTRACTABSTRACTMagnesiumalloyshavebeenwidelyusedintheautomotiveindustries，aerospaceandaeronauticalindustriesbecauseoftheirexcellentproperties，buttheapplicationofmagnesiumalloysaSstructuralmaterialwaslimited

6、becauseofthepoorcreepresistance．ThestudiedMg一4A1一(1Zn)一lSr-xNdalloysandMg-4A1-1Zn一1Sr-2Ndwerefabricatedusingthemetalmouldcastingandwatercooledmouldcasting，respectivelyinthepresentpaper．ThemicrostructureandmechanicalpropertiesofthestudiedalloyshavebeenconductedusingOp

7、ticalmicroscope(OM)，X-raydiffractionanalysis(XRD)，ScanningElectronMicroscope(SEM)equippedwithanEnergyDispersiveX—raySpectroscopy(EDS)．ThisarticleanalyzedtheeffectofRareEarthNdelementandtherapidsolidificationrateobtainedby+thewatercooledmouldonthemicrostructureandprop

8、ertiesofthestudiedalloys．TheresultofXRDpatternsillustratetheas-castMg-4Al—OZn)一1Srmatrixalloysconsistsofa—Mg、A14Sr、M917A112phases．W