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第2期 白晶等：高性能碱土耐热镁合金的显微组织和蠕变性能 201. [I10]c15∥[I100]-g在AJC421合金的基础上逐 蠕变曲线分别如图4(a)和4(b)所示，为了更直观 步提高A!的含量，合金的显微组织中层片共晶和块 的比较，本文还以同样工艺制备了现在应用较广的 状τ相逐渐减少，且出现了另一种呈不规则形貌的 耐热镁合金AE42(Mg一4A1一2RE),并进行了 粗大共晶相，图3(d)为AJC621的SEM显微组织， 175℃/70MPa下的蠕变测试，其蠕变曲线也列于 其中间相主要是上述粗大共晶和少量块状三元τ 图4(a)中，从图可见，在175℃/70MPa条件下，合 相.进一步提高A1量至7%，三元块状τ相消失，但 金AE42蠕变60h后即发生断裂，显示出很差的抗 合金中能明显观察到另一种更加细小的层片共晶 蠕变性能，本文制备的含碱土的镁合金在两种条件 (图3(e).图3(f)为AJC721中粗大共晶的TEM 下蠕变寿命均大于100h,且在100h时都保持在蠕 像及衍射花样，标定结果表明粗大共晶相为(Mg, 变的第二阶段，但AJ42的蠕变延伸率明显高于其 Al)zCa,它具有Laves双六方C36结构.C36一(Mg, 他合金，从蠕变曲线的稳态阶段（第二阶段）的斜率 A1)zCa与C14一Mg2Ca的晶体结构相似，均为六方 可以计算出稳态蠕变速率（最小蠕变速率），表2中 Laves相，只是C36结构沿[0001]方向的晶格常数 列出了各合金的蠕变速率以及100h蠕变延伸率及 为C14的2倍，而新的细小层片状共晶相成分与 蠕变寿命.从表中数据可知，同时加入Sr和Ca的 AC421中的C14-Mg2Ca明显不同，主要为Al、Sr 四种AJC(421~721)合金都有较好的蠕变性能.在 两种元素，其结构与AJ42中A1Sr相同，因此可以 175℃/70MPa下，这四种合金的稳态蠕变速率均比 确定Al含量的增加使合金中含Sr相由t相逐步转 AE42下降了两个数量级，其中，AJC621和AJC521 化为AlSr, 在175℃和200℃时分别显示了最小的稳态蠕变速 2.2抗蠕变性能 率及延伸率，表现出比其他合金相对更好的蠕变性 本文对所有制备合金进行了175℃/70MPa和 能，但随着A!含量的进一步升高，合金的抗蠕变性 200℃/70MPa条件下，时间为100h的蠕变实验，其 能则略有降低 0.5 (a) T-175℃g=70MPa 2.5(b)T-=200℃g70MPa aal 60h后斯裂 AJ42 -AJC521 2.0 -<-AJC621 一-AE42 --AC42 AJC521 -AJ42 --AJC421-AJC721 0.3 +-AJC621 1.5 AC42AJC721 0.2 AJC421 1.0 0.1 0.5 众一文6方一2 0 20 40 60 80 100 U 20 40 60 80 I00 时间，h 时间，h 图4实验合金100h蠕变曲线：(a)175℃/70Pa,(b)200℃/70MPa. Fig-4 Creep curves of the studied alloys for 100 h at(a)175 C/70 MPa and (b)200C/70 MPa. 表2实验合金175℃/70MPa和200℃/70MPa下的稳态蠕变速率 镁合金稳态蠕变速率()随着应力（σ）和绝对 及100h蠕变延伸率 温度(T)的变化而变化，通常可以用如下的Power一 Table 2 Secondary creep rate and 100h creep elongation of the studied alloys at175℃/70 MPa and200℃/70Pa law公式来描述]， =Ao"exp(-Q/RT) (1) 175℃，70MPa,100h 200℃，70MPa,100h 式中，A是材料相关的常数，n是应力指数，Q是蠕 合金稳态蠕变速100h蠕变延 稳态蠕变速100h蠕变延 率，/10-9,1伸率，5/%率，/10-9。-1伸率，5/% 变激活能，R是气体常数，对式(1)两边取自然对数 可得： AE42 56 2.96% AJ42 5.63 0.50 50.6 2.67 In=lnA+nln o-0/RT (2) AC42 0.67 0.17 4.29 0.34 根据式(2)，应力指数n可以在一定的温度下， AJC421 0.35 0.08 0.96 0.11 通过计算ln与lno曲线的斜率求得；而蠕变激活能 AJC521 0.35 0.05 0.92 0.06 Q可以在一定的应力下，计算ln与1/T曲线的斜 AJC621 0.29 0.01 1.59 0.11 率求得 AJC721 0.60 0.07 7.48 0.52 本文测试了AJ42和AC421两种合金分别在 注：*表示蠕变断裂延伸率［1 －10］C15∥［1 －100］α－Mg．在 AJC421合金的基础上逐 步提高 Al 的含量合金的显微组织中层片共晶和块 状τ相逐渐减少且出现了另一种呈不规则形貌的 粗大共晶相．图3（d）为 AJC621的 SEM 显微组织 其中间相主要是上述粗大共晶和少量块状三元 τ 相．进一步提高 Al 量至7％三元块状τ相消失但 合金中能明显观察到另一种更加细小的层片共晶 （图3（e））．图3（f）为 AJC721中粗大共晶的 TEM 像及衍射花样．标定结果表明粗大共晶相为（Mg Al）2Ca它具有 Laves 双六方 C36结构．C36－（Mg Al）2Ca 与 C14－Mg2Ca 的晶体结构相似均为六方 Laves 相只是 C36结构沿［0001］方向的晶格常数 为 C14的2倍．而新的细小层片状共晶相成分与 AJC421中的 C14－Mg2Ca 明显不同主要为 Al、Sr 两种元素其结构与 AJ42中 Al4Sr 相同．因此可以 确定 Al 含量的增加使合金中含 Sr 相由 τ相逐步转 化为 Al4Sr． 2∙2 抗蠕变性能 本文对所有制备合金进行了175℃／70MPa 和 200℃／70MPa 条件下、时间为100h 的蠕变实验其 蠕变曲线分别如图4（a）和4（b）所示．为了更直观 的比较本文还以同样工艺制备了现在应用较广的 耐热 镁 合 金 AE42（ Mg－4Al －2RE）并 进 行 了 175℃／70MPa下的蠕变测试其蠕变曲线也列于 图4（a）中．从图可见在175℃／70MPa 条件下合 金 AE42蠕变60h 后即发生断裂显示出很差的抗 蠕变性能．本文制备的含碱土的镁合金在两种条件 下蠕变寿命均大于100h且在100h 时都保持在蠕 变的第二阶段但 AJ42的蠕变延伸率明显高于其 他合金．从蠕变曲线的稳态阶段（第二阶段）的斜率 可以计算出稳态蠕变速率（最小蠕变速率）表2中 列出了各合金的蠕变速率以及100h 蠕变延伸率及 蠕变寿命．从表中数据可知同时加入 Sr 和 Ca 的 四种 AJC（421～721）合金都有较好的蠕变性能．在 175℃／70MPa 下这四种合金的稳态蠕变速率均比 AE42下降了两个数量级．其中AJC621和 AJC521 在175℃和200℃时分别显示了最小的稳态蠕变速 率及延伸率表现出比其他合金相对更好的蠕变性 能．但随着 Al 含量的进一步升高合金的抗蠕变性 能则略有降低． 图4 实验合金100h 蠕变曲线：（a）175℃／70MPa（b）200℃／70MPa． Fig．4 Creep curves of the studied alloys for100h at （a）175℃／70MPa and （b）200℃／70MPa． 表2 实验合金175℃／70MPa 和200℃／70MPa 下的稳态蠕变速率 及100h 蠕变延伸率 Table2 Secondary creep rate and100h creep elongation of the studied alloys at175℃／70MPa and200℃／70MPa 合金 175℃70MPa100h 200℃70M Pa100h 稳态蠕变速 率ε·／10－9s －1 100h 蠕变延 伸率εt／％ 稳态蠕变速 率ε·／10－9s －1 100h 蠕变延 伸率εt／％ AE42 56 2∙96∗ － － AJ42 5∙63 0∙50 50∙6 2∙67 AC42 0∙67 0∙17 4∙29 0∙34 AJC421 0∙35 0∙08 0∙96 0∙11 AJC521 0∙35 0∙05 0∙92 0∙06 AJC621 0∙29 0∙01 1∙59 0∙11 AJC721 0∙60 0∙07 7∙48 0∙52 注：∗表示蠕变断裂延伸率 镁合金稳态蠕变速率（ε · ）随着应力（σ）和绝对 温度（ T）的变化而变化通常可以用如下的 Power－ law 公式来描述［2］： ε ·＝ Aσn exp（－ Q／RT） （1） 式中A 是材料相关的常数n 是应力指数Q 是蠕 变激活能R 是气体常数．对式（1）两边取自然对数 可得： lnε ·＝ln A＋ nlnσ－ Q／RT （2） 根据式（2）应力指数 n 可以在一定的温度下 通过计算 lnε ·与 lnσ曲线的斜率求得；而蠕变激活能 Q 可以在一定的应力下计算 lnε ·与1／T 曲线的斜 率求得． 本文测试了 AJ42和 AJC421两种合金分别在 第2期 白 晶等： 高性能碱土耐热镁合金的显微组织和蠕变性能 ·201·