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锑对AZ31合金组织结构及高温性能的影响

杨景红  
【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Mg_3Sb_2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,a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a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。


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