Mg-ZN-Nd-Cd-Zr合金的力學(xué)性能和阻尼性能研究.pdf

1、鎂合金具有密度小，比強(qiáng)度高，優(yōu)良的減振性、電磁屏蔽性以及易回收利用等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車、電子等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力，被譽(yù)為21世紀(jì)最具發(fā)展前途的金屬結(jié)構(gòu)材料。純鎂的阻尼性能好，但強(qiáng)度低。通過(guò)合金化、塑性變形、熱處理等強(qiáng)化方法可提高鎂合金的強(qiáng)度，但對(duì)阻尼性能有不同程度的影響。目前對(duì)鎂合金的阻尼機(jī)制存在多種不同的觀點(diǎn)，對(duì)高強(qiáng)度鎂合金的阻尼性能及阻尼機(jī)制的研究更未深入。本文采用光學(xué)顯微鏡(OM)、X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(

2、SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、機(jī)械動(dòng)態(tài)分析儀(DMA)等檢測(cè)手段，系統(tǒng)地研究了Mg-Zn-Nd-Cd-Zr合金的組織、力學(xué)性能和阻尼性能，并對(duì)Mg-Zn-Nd-Cd-Zr合金的強(qiáng)化機(jī)制和阻尼行為進(jìn)行了較全面的分析。
　　系統(tǒng)地研究了ZK60-2Nd1Cd合金的應(yīng)力-應(yīng)變特征，建立了流變應(yīng)力本構(gòu)方程為(ε)=1.579×1011[sinh(0.0123σ)]5.098 exp[-160.1×103/(RT)]。合金在應(yīng)變速率為

3、0.001 s-1～1 s-1，變形溫度為300℃～420℃范圍內(nèi)的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線具有動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的特征，其高溫變形過(guò)程是一種受熱激活過(guò)程控制的塑性變形過(guò)程。
　　系統(tǒng)地研究了Cd、Nd、Zn的變化對(duì)ZK60合金的組織和力學(xué)性能的影響，分析了Mg-Zn-Nd-Cd-Zr合金的強(qiáng)化機(jī)制。合金通過(guò)固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化等強(qiáng)化機(jī)制，提高了強(qiáng)度，改善了塑性。鑄造合金晶界上連續(xù)網(wǎng)狀分布的T相使合金ZK60-2Nd1Cd的晶粒細(xì)化，

4、屈服強(qiáng)度提高，但抗拉強(qiáng)度降低。擠壓后合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為310 MPa和290 MPa，伸長(zhǎng)率為16％;隨著Nd含量增加，第二相T相和W相增多，晶粒更加細(xì)化，擠壓態(tài)合金ZK60-2.5Nd1Cd的的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度增加到355MPa和300MPa，伸長(zhǎng)率為10％;隨著Zn含量降低，合金中的T相消失，W相增加，合金的強(qiáng)度降低。T5時(shí)效處理，合金的極限抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度相比擠壓態(tài)合金得到提高，經(jīng)過(guò)140℃×34h時(shí)效后，合金ZK

5、60-2.5Nd1Cd抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為385MPa和320MPa，伸長(zhǎng)率為10％。
　　系統(tǒng)地研究了合金元素Zn、Nd、Cd對(duì)合金Mg-Zn-Nd-Cd-Zr合金的室溫阻尼性能的影響，分析了Mg-Zn-Nd-Cd-Zr合金的阻尼機(jī)制。室溫下，合金元素Cd使鑄造合金Mg-Zn-Zr基體中的固溶原子濃度增加，減小了弱釘扎點(diǎn)間距，降低合金的應(yīng)變無(wú)關(guān)阻尼;Nd元素的加入，使Mg-Zn-Cd-Zr合金產(chǎn)生了T相和W相，使基體中的Zn

6、原子濃度降低，合金的應(yīng)變無(wú)關(guān)阻尼有所增加。在一定的應(yīng)變振幅條件下，Mg-Zn-Nd-Cd-Zr合金的應(yīng)變相關(guān)阻尼比Mg-Zn-Zr合金的高，隨著Zn含量的降低，合金的應(yīng)變相關(guān)阻尼相應(yīng)增加。較高振幅下，固溶處理和擠壓態(tài)合金Mg-Zn-Nd-Cd-Zr的應(yīng)變相關(guān)阻尼均比鑄造合金的阻尼小。
　　系統(tǒng)地研究了Mg-Zn-Nd-Cd-Zr合金的高溫阻尼性能。合金Mg-Zn-Zr的阻尼-溫度曲線上有與溶質(zhì)原子有關(guān)的P1峰和與晶界馳豫有關(guān)的P2

7、峰;合金Mg-Zn-Nd-Cd-Zr的P1峰變得很小，且隨著Zn含量的增加而向高溫區(qū)移動(dòng);固溶處理后，Zn含量低的合金的P1峰被抑制;Nd含量高的三種合金在鑄造、固溶及擠壓后都沒有出現(xiàn)P2峰，且擠壓后合金的P1阻尼峰也完全被抑制。當(dāng)溫度超過(guò)某一臨界溫度時(shí)，合金的高溫阻尼隨溫度增加而迅速增長(zhǎng)，含Zn量高的合金阻尼增加得更快。
　　提出了強(qiáng)釘扎、次強(qiáng)釘扎和弱釘扎的位錯(cuò)釘扎脫釘模型，該模型中的次強(qiáng)釘扎點(diǎn)可以是難脫釘?shù)奈诲e(cuò)、固溶原子團(tuán)或者