试验温度对镁合金砂型铸件拉伸和强度性能的影响

图3-30和图3-31以及表3-15～表3-17所示为试验温度对各种镁合金砂型铸件拉伸性能的影响；表3-18所示为剪切和支承强度。缺口敏感性和韧性见表3-19。而图3-32～图3-34和表3-20所示的是蠕变性能。

图3-30 温度对四种砂型铸造镁合金 拉伸屈服强度的影响

图3-31 温度对四种砂型铸造镁合金 抗拉强度的影响

表3-15 单个砂型铸造镁合金拉伸试棒在高温下的拉伸性能

表3-16 温度对单个砂型铸造镁合金试棒拉伸性能的影响

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表3-17 应变速度及温度对砂型铸造镁合金强度的影响

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表3-18 砂型铸造镁合金的剪切和支承强度

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注：表中支承强度试样为2d长，8d宽；剪切强度试样为直径为3.175mm（0.125in）的圆柱

表3-19 砂型铸造镁合金的缺口敏感性和冲击韧性

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① 有缺口悬臂梁式冲击试验

图3-32 各种砂型铸造镁合金在 250℃下的断裂时间

图3-33 各种砂型铸造镁合金在 315℃下的蠕变性能

图3-34 各种砂型铸造镁合金在200℃下的断裂时间

表3-20 单个砂型铸造镁合金试棒的蠕变强度

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1.Mg-Al-Zn合金

Mg-Al-Zn合金限制在低于160～175℃的温度下使用，因为它们的力学性能在高于上述温度时会迅速下降。这种Mg-Al-Zn合金有着与多晶镁相似的蠕变特性，其稳态蠕变速度可用下述公式表示：

ε＝Aσⁿ式中 ε———应变速率；

A———无量纲常数；

σ———应力。

应力指数n依赖于外加应力。

温度对AZ91C和AZ92A两种普通Mg-Al-Zn砂型铸造镁合金的应力-应变曲线的影响如图3-35～图3-37所示。AZ91C的等时应力-应变曲线如图3-38和图3-39所示，AZ92A的蠕变强度见表3-21。

图3-35 AZ91C-T4砂型铸造镁合金 的应力-应变曲线

图3-36 砂型铸造AZ91C-T6镁合金 的应力-应变曲线

图3-37 砂型铸造AZ92A-T6镁合金 的应力-应变曲线

图3-38 砂型铸造AZ91C-T6镁合金 在150℃下的等时应力-应变曲线

图3-39 砂型铸造AZ91C-T6镁合金在 204℃时的同步应力-应变曲线

表3-21 单个砂型铸造AZ92A-T6镁合金试棒的蠕变强度（单位：MPa

2.Mg-Zn-Cu合金

Mg-Zn-Cu合金具有比Mg-Al-Zn合金更好的拉伸性能和蠕变强度，见表3-22-表3-24

表3-22 温度对砂型铸造ZC63A-T6镁合金拉伸性能的影响

表3-23 砂型铸造ZC63A-T6镁合金的蠕变强度

表3-24 砂型铸造ZC63A-T6镁合金的蠕变强度

3.Mg-Zn-Zr合金

Mg-Zn-Zr合金在高达约100℃的温度下具有良好的强度。表3-25和表3-26列出了一种普通Mg-Zn-Zr合金（ZK51A）的蠕变特性。

表3-25 砂型铸造ZK51A-T5镁合金的蠕变强度

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表3-26 砂型铸造ZK51A-T5镁合金的蠕变特性

4.Mg-Ag合金

Mg-Ag系镁合金的稳态蠕变速度取决于应力与温度，可用公式ε＝Aσnexp［－Q（RT）］表示（σ为应力，R为气体常数，T为温度），Mg-Ag系镁合金的稳态蠕变速率与温度和应力有关。该合金系的应力指数n大约为4.8，蠕变激活能Q为175kJ／mol，该激活能高于晶格自扩散激活能。

如图3-40所示为温度对QE22A镁合金应力-应变曲线的影响。EQ21A和QE22A的蠕变性能见图3-41～图3-44和表3-27～表3-29这些Mg-Ag系镁合金都有很好的高温瞬时力学性能。(www.xing528.com)

图3-40 砂型铸造QE22A-T6镁合金 的应力-应变曲线

图3-41 QE22A-T6镁合金砂型铸件在150℃ 及各种特定蠕变量下应力与时间的关系

图3-42 QE22A-T6镁合金砂型铸件在200℃ 及各种特定蠕变量下应力与时间的关系

图3-43 QE22A-T6镁合金砂型铸件在 150℃下断裂应力与时间的关系

图3-44 QE22A-T6镁合金砂型铸件在 250℃下断裂应力与时间的关系

表3-27 砂型铸造EQ21A-T6镁合金的蠕变强度

表3-28 砂型铸造EQ22A-T6镁合金的蠕变强度

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表3-29 砂型铸造EQ22A-T6镁合金的蠕变强度

5.Mg-RE合金

Mg-RE合金常用于175～260℃温度区间。温度对两种Mg-Zn-RE-Zn镁合金（EZ33A和EZ41A）应力-应变曲线的影响如图3-45和图3-46所示。EZ33的等时应力-应变曲线如图3-47～图3-50所示。这两种合金的蠕变强度见表3-30～表3-35。

图3-45 砂型铸造EZ33A-T5镁合金 的应力-应变曲线

图3-46 砂型铸造ZE41A-T5镁合金 的应力-应变曲线

图3-47 砂型铸造EZ33A-T5镁合金在 204℃下的等时应力-应变曲线

图3-48 砂型铸造EZ33A-T5镁合金在 260℃下的等时应力-应变曲线

图3-49 砂型铸造EZ33A-T5镁合金在 315℃下的等时应力-应变曲线

图3-50 砂型铸造EZ33A-T5镁合金在 371℃下的等时应力-应变曲线

表3-30 砂型铸造EZ33A-T5镁合金的蠕变强度

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表3-31 砂型铸造EZ33A-T5镁合金的蠕变强度

表3-32 砂型铸造EZ33A-T5镁合金的蠕变断裂应力

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表3-33 砂型铸造ZE41A-T5镁合金的蠕变强度

表3-34 砂型铸造ZE41镁合金的蠕变强度

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表3-35 砂型铸造ZE41A-T5镁合金的蠕变断裂应力

6.Mg-Y-RE合金

Mg-Y-RE系镁合金的蠕变行为类似于多晶镁。稳态蠕变速度可以用下式表示：ε＝Aσnexp［－Q／（RT）］。

不同温度范围内的蠕变激活能是可以计算的：在200～280℃的低温范围内，蠕变激活能为60～68kJ／mol；在较高温度（300～350℃）下，蠕变激活能为150～226 kJ mol。

Mg-Y-RE系镁合金的蠕变激活能值在高温范围内取决于Y的含量，对于Y的质量分数为1％、3％和5％的合金，其蠕变激活能分别为165kJ／mol、187kJ／mol和212kJ mol。添加锌和钕可以改变其稳态蠕变速度。锌的质量分数从2％增加到4％可导致蠕变阻力的增加。同样，添加钕也可类似地提高这些合金的蠕变抗力。

当在高温（278℃以上）下产生蠕变变形时，对于WE62合金，应力范围为100～20MPa时，其蠕变激活能范围为168～238kJ／mol；而对于WE64合金，应力为60～30MPa时，其蠕变激活能为190～243kJ／mol。应力指数值取决于温度范围和应力区间但对于Mg-Y-Nd-Zr合金而言，在所施加应力为40MPa，蠕变为1％时，各种温度下的时间-温度关系实际上与Y和Nd的含量无关；在300℃温度下产生1％的蠕变时，其时间-应力关系取决于锆的含量。

WE54镁合金的稳态蠕变速度与应力之间的关系也可以用公式ε＝Aσnexp［－Q（RT）］表示。对于温度范围为250～300℃，应力范围为31～125MPa的变形试样，其蠕变激活能Q大约为230kJ／mol，应力指数n＝4。

根据表3-36～表3-38，标准T6状态下的WE43A合金（Mg-4Y-3.4RE-0.5Zr）在高达250℃温度下具有良好的抗蠕变能力，其稳态蠕变速度也可用前面的公式表示。在应力范围为180～225MPa，温度范围为130～170℃时，其蠕变激活能等于140kJ／mol，n值大约为14；应力范围为32～80MPa，温度范围为230～270℃时，其激活能等于170kJ／mol，n值大约为4。

表3-36 砂型铸造WE43A-T6镁合金的蠕变强度

表3-37 砂型铸造WE43A-T6镁合金的蠕变性能

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① 实验在断裂前终止

WE54合金的蠕变性能见表3-38～表3-40

表3-38 砂型铸造WE54-T6镁合金的蠕变强度

表3-39 砂型铸造WE54A-T6镁合金的蠕变强度

表3-40 砂型铸造WE54-T6合金的蠕变性能

① 实验在断裂前终止