Mg-Y合金蠕变过程中晶界无析出带和析出相演化研究

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当前镁合金在航天、汽车和电子产品上的应用越来越广,但是高温性能不佳长期制约着镁合金的扩大应用。常见耐热镁合金体系适用温度基本在200℃以下。若想将镁合金应用于飞机和汽车动力系统等领域,其服役温度需要提高到250℃甚至是300℃。衡量镁合金高温性能的重要指标之一是蠕变性能。Mg-Y合金是耐热镁稀土合金中的重要体系。阐明Mg-Y合金在250℃-300℃温度区间蠕变微观组织中晶界和晶内析出相的演化规律,对耐热镁合金设计十分重要。本文完成了 Mg-3.3Y-0.1Zr(at.%)合金在250℃,80-120MPa和300℃,30-70MPa蠕变条件下的蠕变实验,对蠕变样品晶界和晶内组织进行了详细表征并分析了其形成机制。通过对Mg-3.3 Y-0.1Zr蠕变终态样品中的晶界无析出带的表征,以及蠕变后的Mg-Gd合金对比实验,明确了蠕变样品中A和B型晶界无析出带的特点:(a)A型PFZ中存在单列晶界析出相,将晶界PFZ分为两部分,这两部分PFZ宽度可不等,可相等,晶界析出相位置即为晶界位置,在非对称的宽度不等A1型PFZ中,晶界析出相靠近Schmid因子小难变形的一侧,A型PFZ在样品晶界PFZ中占主要部分;(b)B型PFZ中存在两列晶界析出相,将晶界PFZ分为三部分,晶界的位置可能和两列晶界析出相的某一侧一致,也可能折返于两列晶界析出相之间,B型PFZ形成的概率较低。采用准原位蠕变实验,发现了除A和B型以外的X0型和XAB型晶界无析出带,不同类型晶界无析出带之间存在转化关系,其演化过程受扩散和位错移动协同控制。研究了 Mg-3.3Y-0.1Zr合金蠕变终态样品中析出相变体的晶体结构、形貌以及变体取向。结果显示,不同于参照系的Mg-Gd合金,Mg-Y合金中蠕变后形成的析出相链仅由同种β’相变体组成,择优生长的β’变体的[1OO]β’晶向与外力的夹角约为45°,析出相链中β’相呈阶梯状分布,但与Mg-Gd合金相似,整体上β’析出相链垂直于外力方向。在蠕变Mg-Y合金样品中还观察到动态析出的纳米尺寸β’相,该动态析出β’相呈片状,与常规时效形成的β’相形貌明显不同,从相变的角度可推论出,界面能是控制动态析出β’相形貌与分布的主导因素。
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