半連續(xù)鑄造Mg-Gd-Zn-Zr合金高周疲勞行為的研究.pdf

1、節(jié)能減排是現(xiàn)代汽車發(fā)展的重要方向,大型轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)件(如汽車輪轂、發(fā)動機缸體等)輕量化是實現(xiàn)汽車節(jié)能減排的重要手段。作為最輕質(zhì)的金屬結(jié)構(gòu)材料,鎂合金有望代替鋁合金制造汽車輪轂、缸體等結(jié)構(gòu)件,達到減重的效果,從而明顯提高燃料效率。Mg-Gd-Zn-Zr合金是新開發(fā)的新型稀土鎂合金,具有良好的室溫力學(xué)性能和高溫蠕變性能,非常適合用于制備汽車結(jié)構(gòu)件。然而,這些結(jié)構(gòu)件在實際應(yīng)用過程中會因為塑性累積損傷而發(fā)生疲勞失效。因此,疲勞行為的研究是Mg-Gd

2、-Zn-Zr合金工程應(yīng)用的基礎(chǔ)。
　　本文以Mg-Gd-Zn-Zr合金為研究對象,通過半連續(xù)鑄造工藝制備了Mg96.32Gd2.5Zn1Zr0.18合金,借助OM、SEM、室溫拉伸以及高周疲勞實驗等研究手段,研究了Mg96.32Gd2.5Zn1Zr0.18合金在不同狀態(tài)(鑄態(tài),T4態(tài):500℃×10h,T6態(tài):500℃×10h+200℃×128h)下的顯微組織,室溫力學(xué)性能和高周疲勞行為。研究結(jié)果表明:
　　鑄態(tài)Mg96.3

3、2Gd2.5Zn1Zr0.18合金組織主要由α-Mg基體、晶界處樹枝狀的共晶(Mg,Zn)3Gd相以及少量的晶內(nèi)LPSO相組成。經(jīng)500℃×10h固溶處理之后,14H-LPSO結(jié)構(gòu)的X相在晶內(nèi)以及晶界處析出。200℃×128h時效處理后,合金析出亞穩(wěn)的β’相和β1相。隨著熱處理的進行,合金晶粒明顯長大。T4態(tài)和T6態(tài)合金的平均晶粒尺寸分別是19.3μm和19.7μm,比鑄態(tài)合金高出59％。
　　熱處理能夠明顯提高Mg96.32Gd

4、2.5Zn1Zr0.18合金的拉伸性能和疲勞強度。與鑄態(tài)合金相比,T6態(tài)合金的屈服強度(172.5MPa)、抗拉強度(274.8MPa)、疲勞強度(130MPa)分別提高了87.8MPa、92MPa和25MPa,但延伸率稍有降低,只有3.3%。
　　鑄態(tài)、T4態(tài)合金和T6態(tài)合金的疲勞壽命在S-N曲線上的表現(xiàn)不同。鑄態(tài)和T4態(tài)合金在105-107疲勞壽命跨度內(nèi)存在壽命空白區(qū)(life gap)。經(jīng)過時效處理后,該現(xiàn)象消失,表現(xiàn)為T6

5、態(tài)合金疲勞壽命在整個壽命跨度上的均勻分布。鑄態(tài)、T4態(tài)和T6態(tài)合金的塑性區(qū)大小與其平均晶粒尺寸之間的相對大小是導(dǎo)致疲勞壽命空白區(qū)的主要原因。
　　熱處理對鑄造Mg96.32Gd2.5Zn1Zr0.18合金的疲勞裂紋萌生和擴展行為的影響較小。從宏觀上看,鑄態(tài)、T4態(tài)和T6態(tài)合金的疲勞斷口都包括疲勞裂紋萌生區(qū)(Region1)、疲勞裂紋擴展區(qū)(Region2)以及瞬時斷裂區(qū)(Region3)。鑄態(tài)、T4態(tài)和T6態(tài)三個合金的疲勞裂紋都萌