镁合金是最轻的工程结构材料之一,广泛应用 于航空航天、汽车、电子通讯等领域。目前,镁合金 研究的相关内容主要包括合金元素的影响、热处理 工艺的影响、表面涂层的影响等，关于镁合金的腐蚀状况、机理及力学性能的研究也愈来愈多。但是镁 合金的强度低、极易腐蚀、耐热性差及成形性能差 等缺点大大限制了镁合金的应用。所以只有改善了 镁合金的综合性能，加快镁合金的研究开发，消除 发展阻力，才能进一步将镁合金应用于更多的领 域。随着研究的发展，晶粒大小也被作为考察材料 力学性能及耐蚀性能的一个评价指标，但是关于晶 粒度对镁合金力学性能及耐蚀性能的研究还有所 欠缺。因此从晶粒尺寸这一角度来研究并改善镁合 金的综合性能，对拓展镁合金的应用领域具有非常 重要的意义。
1 实验材料与方法
实验采用纯镁、纯钙和稀土钕三种纯金属，选择 了710℃（1#）、760℃（2#）两种浇注温度袁在一定比例 下，利用低碳钢坩埚炉，在金属模具中浇铸制备 Mg-5Ca-2.5Nd 三元合金。为消除铸件缺陷，进一步 提升综合性能，并充分发挥各添加元素的作用，需进 行热处理。热处理工艺为固溶处理+时效处理院固溶 温度520℃，保温12h，60℃水中冷却+时效温度 175℃，保温20 h，随炉冷却。之后进行热挤压实验， 温度为340℃，挤压比为16:1，挤压速度为1mm/s。
使用OlympusGX71 型光学显微镜对合金表面 进行微观组织观察; 使用屏显显微硬度计测量试样 的显微硬度；采用X'PertPRO 型X 射线衍射仪对各 状态合金进行相组成分析；通过失重实验测量Mg-5Ca-2.5Nd合金的腐蚀速率；利用IPP自动测量软 件来测定Mg-5Ca-2.5Nd各状态合金的晶粒尺寸。
2 结果及讨论
2.1 合金晶粒度的测定
晶粒度是表示晶粒大小的尺度，通常可用晶粒 的平均面积或着平均直径表示。晶粒度对于金属 材料在室温，高温下的力学性能（如硬度尧屈服强度尧 抗拉强度等）及其耐蚀性能有着决定性的影响，所以 在金属材料性能分析中，晶粒尺寸的估算就显得至 关重要。
图1 为不同Mg-5Ca-2.5Nd 合金在不同状态下 的金相照片。图1(a)、(b)分别是1#、2#合金的铸态组 织。可看出，2#合金组织为树枝状，而1#合金树枝状组 织大量减少，并出现了等轴晶，晶粒的尺寸细化明显。
图1(c)、(d)是固溶处理后的1#、2#合金的金相组 织图。可看出，晶粒较铸态发生了明显的长大。1#合 金的晶粒尺寸相对于2# 合金的晶粒尺寸更趋于均 匀化。
图1(e)、(f)是1#、2#合金经时效处理后的金相组 织。可看出，晶粒较固溶态均稍有长大，1#合金弥散 强化相的大小，分布更均匀。
图1(g)是1# 合金挤压态的组织金相图。可看 出，合金经挤压后，晶粒组织规则地沿挤压方向排 列，晶粒细化明显。
不同状态不同浇注温度下Mg-5Ca-2.5Nd 合金 的晶粒尺寸见表1。
图2 是1#合金的X 射线衍射图谱。可看到，1# 合金的四种不同状态的相组成相同，均由Mg2Ca 相、Mg12Nd 相和α-Mg 相组成。固溶态合金较铸态来说，Mg2Ca 相和Mg12Nd 相的衍射峰强度略有降 低。固溶时效态合金相比于固溶态合金，Mg2Ca相和 Mg12Nd相的衍射峰强度略有升高。
2.2 晶粒度对Mg-5Ca-2.5Nd合金显微硬度的影响
图3 为各状态Mg-5Ca-2.5Nd 合金的晶粒度与 维氏硬度的关系图。可看出，三条曲线均随着晶粒度 的减小，硬度增大。在曲线（a）中，晶粒度为34μm的 挤压态合金硬度增幅最大。在曲线（b）中，固溶态合金虽然较曲线(a)中的晶粒度有明显增大，但其硬度随晶粒度的增大而降低。(c) 曲线是经时效处理后 的，过饱和的α-Mg 基体会析出大量的第二相弥散 分布于基体组织中，产生弥散强化作用。进一步提高 了Mg-5Ca-2.5Nd 合金的硬度，其硬度也随晶粒度的增大而减小。
2.3 晶粒度对Mg-5Ca-2.5Nd合金拉伸性能的影响
图4 为各状态Mg-5Ca-2.5Nd 合金不同晶粒度 与抗拉强度的关系曲线。可看出，随着晶粒尺寸的增 大，Mg-5Ca-2.5Nd合金的抗拉强度减小。在曲线(a) 中，晶粒度为34μm的挤压态合金抗拉强度最大， 为123.45MPa。这是因为热挤压变形过程中，产生了 动态再结晶，细化了晶粒。从曲线(b)中可看出，晶粒 度虽然较(a)曲线中的52μm及70μm有明显的增大， 但抗拉强度相比铸态也明显提高，这是因为固溶处 理后的晶粒尺寸更趋于均匀化且减少了铸态合金中 存在的成分偏析，固溶强化的作用超过了晶粒度对 其的影响。曲线（c）是经时效处理后的试样抗拉强 度,产生了弥散强化作用,在固溶态的基础上进一步 提高了Mg-5Ca-2.5Nd 合金的抗拉强度,最高增至 105.11MPa。
2.4 晶粒度对Mg-5Ca-2.5Nd合金的失重比的影响
图5 为不同晶粒度在室温腐蚀溶液中 Mg-5Ca-2.5Nd合金的失重比随时间的变化情况。可 看出，各状态的Mg-5Ca-2.5Nd 合金，失重比随浸泡 时间的延长而逐渐增大，最终趋于稳定。同时也可看 出对于同一状态的合金，晶粒度越小，耐蚀性越好。产生沿晶开裂和扩展，从而抑制了裂纹的萌生。结合 图5综合分析来看，表面全为小晶粒尺寸时，裂纹很 易沿45°方向萌生。而表面有较多的大晶粒并配有一 定量的小晶粒时，对于提高材料高温蠕变寿命有利。
3 结论
(1) HR3C 奥氏体耐热钢固溶态金相组织由奥 氏体晶粒和晶内分布均匀、细小的CrNbN 组成的混 合组织；HR3C 耐热钢在700℃高温蠕变试验后，随 蠕变试验时间的延长，将不断从奥氏体晶界析出大 量的脆性（Fe,Cr）23C6类型析出相。
(2) HR3C 奥氏体耐热钢在700℃不同应力作 用下高温蠕变试验表明，当应力大于110MPa时，应力 大小是影响断裂的主要因素，断裂属于穿晶断裂；当应 力小于110MPa时，引起HR3C断裂的主要因素为沿 晶析出的大量的(Fe,Cr)23C6析出相，属于沿晶断裂。
(3) HR3C 奥氏体耐热钢金相组织为不完全的 动态再结晶组织时，表面处大小不同晶粒尺寸的配 比对初始裂纹的萌生和扩展影响很大。总体来看表 面3～5 个晶粒尺寸范围内具有一定数量的大尺寸 晶粒再配以少量小尺寸晶粒，有利于抑制初始裂纹 的萌生和扩展。