不同钕含量和晶粒尺寸分布的镁合金拉伸蠕变行为研究

《METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A-PHYSICAL METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE》：Study on the Tensile Creep Behaviors of Magnesium with Different Neodymium Contents and Grain Size Distributions

本研究针对Mg-Nd合金板材的拉伸蠕变行为展开系统对比分析，制备了0.8Nd至3.5Nd四种成分及粗晶（CG）与双模晶粒（BG）两种微观结构的试样。结果表明：无论成分如何，RD/ND方向均存在不可消除的蠕变各向异性；高Nd BG试样因沉淀自由区占比过高（1.8-2.3倍晶粒尺寸）导致蠕变抗力显著劣化，而低Nd CG试样的孪生效应和BG试样的Nd偏析仅能有限提升抗力。最优性能体现在2.5Nd-CG试样，证实过量Nd添加及过度晶粒细化均会削弱蠕变性能。该成果为耐蠕变Mg-Nd合金开发提供了新方向。

　　

摘要

本研究的目的是对二元Mg–Nd轧制板材的拉伸蠕变行为进行全面研究。分别制备了含有四种不同Nd含量（0.8Nd、1.5Nd、2.5Nd和3.5Nd）以及两种不同晶粒尺寸分布（粗晶（CG）和双模态晶粒（BG））的样品，以便在523 K下进行对比蠕变试验。无论Nd含量和晶粒尺寸如何，轧制方向（RD）与垂直方向（ND）之间的蠕变各向异性都无法完全消除。尽管在高Nd含量的BG样品中蠕变各向异性有所减弱，但这种改善是以牺牲两个方向上的蠕变抗力为代价的。主要恶化机制是沉淀物-free区宽度与平均晶粒尺寸的比值较大，这使得BG样品的蠕变抗力比相同Nd含量的CG样品更弱。对于低Nd含量的合金，CG样品中存在的易形成孪晶现象以及BG样品中晚期的Nd偏聚现象仅略微提高了蠕变抗力，并且对蠕变各向异性的减弱作用也很小。因此，2.5Nd-CG样品在RD和ND方向上的蠕变性能恶化程度最小，这表明过量添加Nd和过度细化晶粒会对蠕变抗力产生负面影响。基于实验结果和微观结构分析，预计本研究可以为开发具有抗蠕变性的Mg–Nd基合金提供新的方向。

图形摘要