Ag对Mg-11Gd-2Y-0.5Zr合金组织与性能的影响

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镁合金是目前世界上最轻质的商用工程结构金属材料,在汽车、军工和航空航天等领域有着广泛的应用。但是,镁合金也存在高温下力学性能差,抗蠕变性能弱等缺点,使镁合金的应用受到了极大限制。因此,开发高强度耐热镁合金是镁合金发展的一个重要方向,在镁合金中添加稀土元素是强化镁合金性能的一种重要方式。Ag在镁中具有良好的固溶强化、第二相强化和细晶强化作用,适量的Ag与稀土元素一同加入,可显著提高镁合金的力学性能。本文以Mg-11Gd-2Y-0.5Zr合金为基体合金,加入Ag元素,在热处理工艺优化的基础之上,研究加入不同Ag含量(0、0.5、1.0、1.5、2.0,wt.%)对合金微观组织和性能的影响。热处理工艺优化结果表明:铸态Mg-11Gd-2Y-1.5Ag-0.5Zr合金在525℃固溶处理8 h后,合金中第二相大部分固溶于基体中,少量未溶第二相分布均匀,晶粒明显细化。合金在225℃时效10 h后,晶粒尺寸达到最小且析出相分布均匀。合金的最佳热处理工艺为:525℃固溶8 h,225℃时效10 h。铸态Mg-11Gd-2Y-0.5Zr合金组织由α-Mg、Mg5Gd和Mg24Y5相组成。Ag的加入产生新相Ag2Gd。随着Ag加入量增加,铸态合金第二相数量持续增加且细化,沿晶界逐步向连续网状分布过渡,晶粒尺寸不断减小。但当Ag加入量超过1.5%后,第二相却开始出现聚集现象。适量Ag的加入能够提高铸态合金室温下的屈服强度和抗拉强度,当Ag添加量为1.5%时,合金的抗拉强度达到最大值226 MPa。Ag加入量为1.5%时合金的铸态组织和力学性能最优。时效态Mg-11Gd-2Y-x Ag-0.5Zr合金第二相种类与铸态合金相同。随着Ag加入量增加,时效态合金第二相增加,晶粒尺寸先减小后增大,在Ag添加量为1.5%时最小且第二相分布更加均匀。适量Ag的加入能显著提高时效态合金室温和高温强度。随Ag含量的增加,时效态合金室温和高温的抗拉强度和屈服强度均先升高后降低,在Ag添加量为1.5%时达到最大值,室温和300℃高温下最大抗拉强度分别高达355.5 MPa和256.3 MPa,而且在250℃以下性能较高且非常稳定,具有很好的耐热性,即使在300℃高温下也仍然有比较满意的高温强度。Ag加入量为1.5%时合金的时效态组织和力学性能最优。时效态Mg-11Gd-2Y-1.5Ag-0.5Zr合金在(225℃、250℃、275℃)/(110 MPa、130 MPa、150 MPa)蠕变条件下,具有良好的高温抗蠕变性能,在275℃/110 MPa蠕变条件下仍具有较好的抗蠕变性能。在本研究的范围内,随着温度的提高蠕变机制由位错滑移机制向位错攀移机制转变。在275℃/130~150 MPa高温高应力蠕变条件下,幂律蠕变定律失效,蠕变机制较为复杂。
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