高強度稀土鎂合金在月球探測器上套用的基礎性研究

《高強度稀土鎂合金在月球探測器上套用的基礎性研究》是依託上海交通大學，由盧晨擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高強度稀土鎂合金在月球探測器上套用的基礎性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：盧晨
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

為了研究高強度稀土鎂合金在月球探測器上套用的可行性，本項目依據航天材料發展的因素，針對月球探測器在發射、著陸、返回等環境下的套用需要，針對月球探測器套用環境的特殊性，開展相應的材料性能測試、理論研究、加工工藝探索。研究鎂合金在月球探測器模擬套用環境下的拉伸試驗、壓縮試驗、衝擊韌性試驗、斷裂韌性試驗、疲勞試驗、蠕變試驗等從低溫到高溫(-180℃～150℃)的力學性能，並結合微觀組織觀察。利用原位拉伸透射電鏡等技術研究稀土相和位錯等的相互作用，觀察微裂紋的萌生與擴展規律，從而建立Mg-Y-Zn-(Zr)、Mg-Gd-Y-Zr合金在月球環境下的強化機制，揭示其在月球環境下的失效機制，豐富和發展高強度稀土鎂合金理論。本項目還對Mg-Y-Zn-(Zr)、Mg-Gd-Y-Zr合金製備月球探測器零部件的鑄造、變形、焊接等加工工藝性進行基礎性研究，彌補了以往稀土鎂合金在該方面的不足。

結題摘要

本項目以研究高強度稀土鎂合金在月球探測器上套用的可行性為目標，以Mg-Y-Zn-(Zr)、Mg-Gd-Y-Zr合金系鎂合金為典型合金，Mg-Y-Zn-(Zr)鎂合金是以長周期有序結構組織強化為強化機制，Mg-Gd-Y-Zr鎂合金是β亞穩態析出相強化為強化機制，該兩種合金是兩種強化機制的代表合金。為了解決高強度稀土鎂合金在月球探測器上套用的三個因素：材料性能測試、材料科學理論、材料加工工藝問題。本項目的研究達到了項目原定的目標，研究結果不僅具有學術價值，而且具有明顯的套用意義。 本項目對稀土鎂合金進行了不同溫度（-196℃、-130℃、-100℃、-50℃、0℃、150℃、200℃、250℃）下的力學性能測試，結果發現隨著拉伸溫度提高，材料的強度逐漸下降，延伸率逐漸上升。對經過不同溫度拉升後的樣品進行金相相貌觀察，可以看到從-196℃到100℃，樣品含有較高的孿晶比例，這說明在低溫下主要靠孿生變形。在150℃變形後孿晶數量有個突然的下降，這說明變形機制由孿生向位錯滑移轉變。在250℃變形時部分非基面滑移開動。 本項目不僅利用透射電鏡、掃描電鏡等對稀土鎂合金進行了常規的微觀組織研究，還利用球差校正透射電鏡，從原子尺度研究了長周期有序結構組織和β各亞穩態析出相的結構，得到了一些對強化相析出過程新的認識和發現了新的結構。本項目有了一些新的發現：析出相形核的特點，過飽和固溶體沒有經過β''相直接析出了β'相，另外，我們還發現βM、βH、βT、βT' 、βC等新的析出結構，這些結構在以往的高分辨透射電鏡技術下是無法得到的。 本項目還利用在不同應變速率（0.001, 0.01, 0.1, 1.0 s-1）、不同溫度（ 300℃ - 450℃）的熱壓縮獲得的應力應變曲線。在同一應變速率下，隨變形溫度的升高，鎂合金的流動應力水平逐漸下降；在同一變形溫度下，隨應變速率增加，鎂合金的流動應力水平逐漸升高，說明該合金具有正的應變速率敏感性。分析獲得了Mg-Gd-Y-Zr合金不同應變下的加工圖，發現Mg-Gd-Y-Zr系鎂合金可加工區域為溫度375-450℃和應變速率為0.001-0.03s-1時。得出了Mg-Gd-Y-Zr系鎂合金激活能Q=251.96 kJ/mol，說明由熱激活控制的動態回復和動態再結晶是Mg97Y2Zn1合金熱壓縮變形過程中的主要軟化機制。