晶粒細(xì)化劑Mg-Al-C及Ce對(duì)AZ91D鎂合金低周疲勞行為的影響.pdf

1、隨著航天航空及汽車工業(yè)輕量化、節(jié)能化和環(huán)?；l(fā)展的必然趨勢(shì),越來(lái)越多的鎂合金構(gòu)件用于承載交變載荷并引起疲勞破壞,這就要求對(duì)其疲勞性能進(jìn)行深入研究。研究鎂合金的疲勞行為不僅具有理論價(jià)值,而且也具有一定的工程實(shí)用價(jià)值。本課題選用AZ91D合金為母合金,向其中分別加入不同含量的晶粒細(xì)化劑Mg-Al-C、Ce,系統(tǒng)地研究了晶粒細(xì)化劑對(duì)基體合金的微觀組織和低周疲勞性能的影響,以期為AZ91D合金的抗疲勞設(shè)計(jì)和合理使用提供可靠的理論依據(jù)。
　

2、　力學(xué)性能結(jié)果表明,晶粒細(xì)化劑Mg-Al-C和Ce的添加使AZ91D基體合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷面收縮率和彈性模量均得到較大提高。當(dāng)分別加入1.2％Mg-Al-C和0.9%Ce時(shí),合金的綜合力學(xué)性能達(dá)到最好。加入1.2%Mg-Al-C時(shí),AZ91D合金的σs=140.34MPa,σb=255.63MPa,ψ=8.60%,E=1.42GPa;加入0.9%Ce時(shí),合金的σs=136.14MPa,σb=233.29MPa,ψ=7.80%,

3、E=1.38GPa。兩者均較未添加晶粒細(xì)化劑的AZ91D合金性能(σs=103.09MPa,σb=152.13MPa,ψ=1.30%,E=0.85GPa)有較大提高,其中添加Mg-Al-C的合金力學(xué)性能更好。
　　顯微組織觀察表明,晶粒細(xì)化劑Mg-Al-C和Ce的添加可以有效地細(xì)化AZ91D基體合金的晶粒,改善β-Mg17Al12相的大小和分布,且細(xì)化效果與晶粒細(xì)化劑添加量有關(guān)。當(dāng)晶粒細(xì)化劑Mg-Al-C、Ce的添加量由0.3%增

4、加到1.2%時(shí),隨著添加量的加大,AZ91D合金中的β相不斷斷網(wǎng)破碎、細(xì)化和彌散化,樹(shù)枝晶最終也得以消除。當(dāng)添加1.2%Mg-Al-C時(shí),合金的平均晶粒尺寸由未添加細(xì)化劑的原始尺寸162μm分別降到57μm;添加0.9%Ce后合金平均晶粒尺寸也降至64μm;降幅分別為64.8%和60.5%。在AZ91D基體中分別加入1.2%Mg-Al-C和0.9%Ce時(shí),合金的平均晶粒尺寸達(dá)到最小化。
　　低周疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:①晶粒細(xì)化劑Mg-

5、Al-C和Ce的添加使AZ91D基體合金的低周疲勞壽命得到大幅度提高。當(dāng)總應(yīng)變幅Δεt/2為0.2%時(shí),AZ91D+1.2%Mg-Al-C合金、AZ91D+0.9%Ce合金的疲勞壽命由未添加細(xì)化劑AZ91D合金的疲勞壽命7694周次分別提高到13615周次和12537周次;當(dāng)Δεt/2為1.2%時(shí),AZ91D+1.2%Mg-Al-C合金、AZ91D+0.9%Ce合金的疲勞壽命從AZ91D基體合金的21周次分別升高到113周次和102周次

6、。晶粒細(xì)化劑Mg-Al-C的添加比Ce對(duì)合金的疲勞壽命影響更大。②在較大應(yīng)變幅下,鎂合金循環(huán)滯后回線上分別出現(xiàn)拐點(diǎn)、拉壓不對(duì)稱和鋸齒現(xiàn)象。晶粒細(xì)化劑的添加大大減緩了上述現(xiàn)象的發(fā)生。③鎂合金的循環(huán)應(yīng)力響應(yīng)行為主要呈現(xiàn)循環(huán)應(yīng)變硬化趨勢(shì),應(yīng)變幅的降低和晶粒細(xì)化劑的添加使其呈現(xiàn)循環(huán)穩(wěn)定甚至循環(huán)軟化,其中應(yīng)變幅的影響占主要地位。④晶粒細(xì)化劑的加入大大增強(qiáng)了鎂合金的延性,使鎂合金的過(guò)渡疲勞壽命高于AZ91D基體合金。⑤鎂合金的循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變行為均表