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Ca和微量Sr对AM80合金蠕变性能的影响及高温变形行为研究

梁桂平  
【摘要】: 随着世界各国对降低燃油消耗和减轻环境污染的日益重视,轻质材料得到了快速的发展。但目前大部分商用镁合金存在耐热性能差,或者应用成本高等不足,大大限制了其在高温场合下(如汽车动力系统)的应用。由于镁具有密排六方的晶体结构,其室温成型性较差,所以高温下的变形研究已成为镁合金的一大研究趋势。镁合金的广泛应用迫切的需要新工艺、新技术的研究和开发。碱土元素Ca、Sr等,价格低廉,且在镁合金合金化过程中具有细化组织、生成高熔点强化相等优良特性。因此,开发低成本、高耐热性的碱土镁合金便成为目前镁合金领域的研究热点之一。本文主要针对碱土元素Ca、Sr对AM80镁合金显微组织、蠕变性能和高温压缩变形过程中的变形力学行为和组织演变规律进行研究,为耐热镁合金的研究和变形提供理论指导。 本文采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、高温蠕变试验机等实验手段研究了碱土元素Ca、Sr对自制的AM80镁合金显微组织、力学性能和蠕变性能的影响。还通过Gleeble-1500热压缩实验研究了AM80-0.2Sr-1.5Ca镁合金高温热压缩变形的力学行为,变形温度分别为300℃-450℃,应变速率分别为0.01s-1~10s-1;分析了加工工艺参数对应力-应变曲线的影响,建立了高温塑性本构方程并求出了本构方程中的系列常量;采用西德LeitZ公司MM-6卧式金相显微镜和JEOL JSM-5610LV扫描电镜等实验分析设备观察合金热变形过程中显微组织的变化情况,分析合金高温塑性变形过程中的组织演变规律。 研究发现,在AM80合金中复合添加0.2%Sr和0.5%-2.5%Ca, Ca、Sr元素可逐步细化合金的铸态组织。Ca原子与Al原子优先结合在晶界处生成了高熔点相Al2Ca,抑制了低熔点相β-Mg17Al12的形成。高熔点相Al2Ca是主要的晶界强化相,替代低熔点相β-Mg17Al12,抑制了晶界滑动,改善了合金的高温蠕变性能。当Ca含量增加到2.5%时,合金的高温蠕变性能最优。AM80-0.2Sr-1.5Ca镁合金高温变形流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的升高而升高,应变速率和变形温度的变化强烈影响着合金流变应力的大小。金相组织观察表明,动态再结晶是该实验条件下晶粒细化和材料软化的主要机制,再结晶的程度主要受变形参数影响。变形温度越高,应变量越大,动态再结晶进行越充分;应变速率越大,再结晶平均晶粒尺寸越小。


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