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砂型铸造Mg-10Gd-3Y-Zr合金的组织和性能研究

王其龙  
【摘要】: Mg-Gd-Y系合金是一类新型的高强耐热镁合金,在航空、航天等领域具有重要的应用前景。但是,国内外有关该合金系的研究大多是基于冷却速度较快的金属型进行的,而对于砂型铸造该合金的报道相对较少,但大型复杂薄壁镁合金铸件一般均采用砂型铸造方式来成型,因此有必要开展砂型铸造Mg-Gd-Y系合金的研究。本文综合运用了各种材料研究方法,包括光学金相分析、X射线衍射分析、扫描电子显微分析、热分析、硬度和拉伸试验分析,系统开展了砂型铸造Mg-10Gd-3Y-Zr合金从铸造态到热处理态的组织演变规律、热处理工艺优化、室温及高温力学性能及断裂行为等方面的研究。 研究结果表明:砂型铸造Mg-10Gd-3Y-Zr合金的铸态、固溶态、峰值时效态和高温时效态的组织依次由α-Mg+Mg24(Gd,Y)5共晶化合物、α-Mg过饱和固溶体+方块状γ相、α-Mg+方块状γ相+β′析出相、α-Mg+方块状γ相+β析出相组成,而且所有状态都包含了Zr核。固溶处理时,合金的组织演变包括三个过程:共晶相的溶解、方块状γ相的大量生成和晶粒的粗化。在最佳固溶条件下,合金组织中几乎无共晶相残留,同时保持了未异常长大的晶粒。 砂型铸造Mg-10Gd-3Y-Zr合金的最佳热处理工艺(T6)为:525℃×12h+250℃×10h。对应的室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为297MPa、238MPa和1.1%。在低于200℃的温度下,其抗拉强度和延伸率随温度的升高而增加;当温度超过200℃后,其强度才开始大幅下降。将该热处理工艺应用到某大型军用舱体的实际生产中,取得了较好的效果,其各项性能指标均已达到设计要求。 砂型铸造Mg-10Gd-3Y-Zr合金的T4和T6态室温断口均为准解理断裂,而沿晶断裂只发生在铸态室温断口。从100℃到300℃,T6态合金的断裂方式以准解理断裂为主。100℃温度下的断口形貌主要包括解理刻面和撕裂棱;200℃时,断口形貌中出现了少量韧窝;而温度达300℃时,断口形貌中变成以韧窝为主。


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