固溶稀土镁合金棒材低周疲劳性能研究(4)

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(1)由于镁合金夹杂有氧化镁杂质,而且由于镁合金具有吸氢倾向,使合金中出现气孔与缩松,稀土元素可与氧化镁及氢分别形成稀土氧化物与稀土氢化物,起到了去氧除氢作用。

(2)稀土元素与镁形成的低熔点共晶体有很好的流动性,使合金的缩松、热裂倾向减小,提高了合金的可铸造性。

(3)稀土元素的添加使镁合金中形成熔点更高、扩散系数更低、体积分数更大的第二相弥散质点,改善了镁合金的高温拉伸性能和蠕变强度,使镁合金在300℃左右的高温下工作成为可能,起到了对镁合金的高温强化作用。

(4)稀土添加可以使镁合金晶粒细化,提高镁合金零部件的强度、韧性、延性、可焊性、机加工性和耐蚀性,使材料适于在长期高温条件下使用。

1.3.2稀土镁合金的发展历史及应用现状

二战中德国在飞机发动机的增压器上率先使用了含6%混合稀土代表性的AM50镁合金,其后英、美奋起直追,至今全世界己拥有45个稀土铸造镁合金牌号,占所有铸造造镁合金牌号的64%,其中有的己实现商业化生产,成为供飞机和人造卫星用的实用化合金。与此同时,Mg-Mn-Nd-Y变形镁合金具有良好的焊接性与抗腐蚀性,广泛用于高性能汽车用件及100℃-300℃下工作的火箭、导弹蒙皮和结构材料。

稀土铸造镁合金主要用作200-300℃以下长期使用,它具有好的高温强度和长期抗蠕变性能。各种稀土元素在镁中的溶解度不同,增加的顺序为镧、混合稀土、铈、镨、铷。它对常温、高温力学性能的良好影响也随之增加。中国航空工业总公司研制的以铷为主要添加元素的ZM6合金在热处理后不但具有高的室温力学性能,而且还有良好的高温瞬时力学性能和抗蠕变性能,可在室温下使用,也可在250℃下长期使用。随着含钇抗蚀新型铸造镁合金的出现,近年来铸造镁合金重新受到国外航空工业的青睐。

稀土镁合金比强度较高,对减轻飞机重量,提高战术性能具有广泛的应用前景。中国航空工业总公司研制的稀土镁合金包括铸造镁合金及变形镁合金约有10多个牌号,很多牌号己用于生产,质量稳定。例如:以稀土金属铷为主要添加元素的ZM6铸造镁合金己扩大用于直升机后减速机匣、歼击机翼肋及3OKW发电机的转子引线压板等重要零件。中航总与有色金属总公司联合研制的稀土高强镁合金BM25已代替部分中强铝合金,在强击机上获得应用。“八、五”期间,为了扩大稀土镁合金的推广应用,还开展了稀土镁合金在医学工程上的应用。目前该材料正在做医学生物实验,有望稀土镁合金作为人工骨接材料代替现用金属夹具,减少病人第二次取出夹具的手术,又将开辟了一个新的广阔的应用天地。文献综述

1.4 低周疲劳

研究飞机、轮船、桥梁、原子反应堆装置及建筑设备的断裂时发现，在较高应力和较少循环次数情况下也会发生疲劳断裂。金属在循环载荷的作用下，由于塑性的不断消耗或塑性应变能的不断积累而导致裂纹的萌生直至扩展到断裂失效过程称为低周疲劳。

低周疲劳有以下特点[25]：

(1)低周疲劳时，因局部区域产生宏观塑性变形，故循环应力与应变之间不再呈直线关系，形成如图1所示的滞后回线。在图2中，开始加载时，曲线沿OAB进行，卸载时沿BC进行；反向加载时沿CD进行，在D点卸载时沿DE进行。再次拉伸时沿EB进行。如此循环经过一定周次后，就达到图1所示的稳定状态滞后回线。图中△εt为总应变范围，△εe为塑性应变范围，△εp为弹性应变范围，△εt=△εe+△εp。