挤压铸造准晶增强Mg-Y-Zn镁合金材料工艺及性能研究

发布时间：2020-08-21 22:11

【摘要】：镁合金具有密度小,弹性模量大,散热好,消震性好,耐有机物和碱的腐蚀性能好等优点。然而由于其强度较低,限制了其应用。因此,含稀土元素的镁准晶由于其高强度和抗蠕变性能而变得越来越受到人们的关注。大部分稀土元素在镁中有比较大固溶度,具有良好的固溶强化、沉淀强化作用。因此,在国防、航空、航天和汽车等领域有着巨大的发展前景。挤压铸造是一种先进的近净成形方法,它的特点是在成形过程中,金属液在压力的作用下凝固并产生一定的塑性变形,挤压铸造可以有效地减少铸件内部的缩孔、缩松缺陷,获得晶粒细小、组织致密、力学性能高的铸件。本文采用挤压铸造法(squeeze casting),以Mg-Y-Zn合金为研究对象,制备了Mg-x Y-6xZn和Mg-Y-xZn合金,研究了挤压铸造参数、合金成分以及热处理对合金微观组织、力学性能和准晶I相形成影响,本文的主要内容如下:(1)采用了挤压铸造法制备了Mg_(95.1)Y_(0.7)Zn_(4.2)和Mg_(93)Y_1Zn_6合金,模具温度和保压时间分别为200℃和20s。分别在挤压压力为100MPa的情况下,浇铸温度为680℃、700℃和720℃下和浇铸温度700℃的情况下,挤压压力为50MPa、100MPa和150MPa对两种合金进行了研究;实验研究发现,Mg_(95.1)Y_(0.7)Zn_(4.2)合金和Mg_(93)Y_1Zn_6合金在改变挤压压力和浇铸温度的情况下,都不会改变合金中相的组成,均为α-Mg和准晶I相。改变挤压压力和浇铸温度,都会改变合金中晶粒的分布以及尺寸。随着浇铸温度的升高,合金的微观组织晶粒发生了变大的现象,由连续的网状结构转变为不连续分布。增大挤压压力和浇铸温度,Mg_(95.1)Y_(0.7)Zn_(4.2)和Mg_(93)Y_1Zn_6合金的硬度、抗拉强度和伸长率均先增大后减小。当浇铸温度为700℃、挤压压力为100MPa时,Mg_(95.1)Y_(0.7)Zn_(4.2)和Mg_(93)Y_1Zn_6合金的硬度、抗拉强度和伸长率最好,它们分别为76.5HV、215.7MPa、6.7%和79.3HV、221.9MPa和5.2%;Mg_(95.1)Y_(0.7)Zn_(4.2)和Mg_(93)Y_1Zn_6合金的断口形貌包括解理面、撕裂棱组成,呈现出准解理断裂的特征;因此在本实验中,应选择浇铸温度为700℃和挤压压力为100MPa作为合适的挤压铸造参数。(2)Mg-Y-Zn合金的Y、Zn比为1:6,挤压铸造参数为挤压压力100MPa和浇铸温度700℃。Mg-xY-6xZn合金的微观组织主要由灰色α-Mg基体和黑灰色的片状共晶组织晶界所组成,随着Y、Zn含量的增加合金中的共晶组织(α-Mg+I-phase)随之增多。随着Y、Zn含量的增加,Mg-x Y-6x Zn合金的抗拉强度和伸长率发生了先增大后减小的趋势,当Y含量为1at.%时,合金的抗拉强度和硬度最大为221.9MPa和79.3HV,当Y含量为0.7at.%时,合金的伸长率最大为6.7%。合金中的共晶组织的成分的Y、Zn原子比接近于1:6,被确认为是α-Mg+I-phase。合金中的花瓣状组织具有五次旋转对称,且它的成分为32.69at.%Mg、9.85at.%Y和57.46at.%Zn,Mg、Y、Zn原子比接近于准晶相的3:1:6,确定为准晶I-Mg_3Y_1Zn_6相。Mg_(93)Y_1Zn_6合金的断口形貌呈现出准解理断裂特征,其他三种合金断口形貌呈现出解理断裂特征。(3)Mg-Y-x Zn合金中相的形成是由Y、Zn原子比决定的,Y、Zn原子比为1:5时,合金中形成α-Mg、I-phase和Mg-Y相;Y、Zn原子比为1:6时,合金中形成α-Mg和I-phase;Y、Zn原子比为1:7或1:8时,合金中形成α-Mg、I-phase和Mg_7Zn_3相。随着Zn含量的增加,合金的抗拉强度和伸长率先增大后减小。当Zn含量为6at.%时,合金的硬度、抗拉强度和伸长率最大为79.3HV、221.9MPa和5.2%。Mg_(94)Y_1Zn_5和Mg_(93)Y_1Zn_6合金断口呈现准解理断裂特征,Mg_(92)Y_1Zn_7和Mg_(91)Y_1Zn_8合金断口呈现脆性断裂特征。(4)对挤压铸造Mg_(93)Y_1Zn_6合金在400℃下保温20小时,然后在200℃保温8小时进行了研究分析,合金的微观组织由α-Mg相和准晶I相组成,晶界变得更加连续,合金的晶粒尺寸变大。合金的硬度降低,抗拉强度和伸长率均有所提高,但是提高的幅度都不是太大,分别为78.1HV、225.1MPa和7.4%。(5)挤压铸造Mg_(93)Y_1Zn_6合金在500℃下保温4小时和550℃下2小时,合金的晶粒平均尺寸显著增大,在α-Mg基体中出现了近球形的I相。500℃×4h下合金的力学性能为228.9MPa和10.6%,550℃×2h下后合金的力学性能为225.1MPa和11.1%,伸长率提升幅度明显。Mg_(93)Y_1Zn_6合金在500℃×4h固溶处理后进行200℃×10h时效处理后合金的硬度显著增大,此时的抗拉强度和伸长率分别为279.6 MPa和6.9%,与挤压铸造合金的力学性能提升幅度分别为:26.0%和32.7%。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG146.22;TG249.2
【图文】：

1.1.4 镁及镁合金应用从二十世纪五六十年代开始，镁合金就开始逐渐成为汽车、航空航天、电子通讯等行业中一种不可或缺的材料之一。在航空工业中，镁合金被用来制造许多种结构件，比如飞机的零件等，可以减轻飞机的重量，降低油耗，降低飞机飞行成本。镁合金还可以用于制造电子 3C 产品，如笔记本电脑和手机的外壳、手表和通讯设备等，镁及镁合金也广泛应用于非结构领域[13,14]。汽车的刹车支架、支架总成、刹车踏板支架、安全气囊支架、离合器支架及总成、座椅基座、IP 支撑柱和支架、方向盘骨架、转向柱支架和轮毂、天窗盖总成、外后视镜骨架和顶棚框架等，甚至一部分的气缸盖、气缸体都用镁合金制造，镁合金已经使用或正在开发应用于 60 多个汽车零件。镁合金在短期和长期降低汽车重量方面拥有巨大的发展潜力和竞争力，因此，全球的汽车领域对镁合金的需求量每年都在增长，尤其是近几年的增长幅度非常大[15,16]。

中北大学学位论文33]。它们按照严格的拼接规则拼接出了一种准周期结构的图形，该图形中的结构形成长程有序取向。在二十世纪八十年代初，晶体学家里维斯和斯坦哈特[34]将彭罗斯的结上放置原子模拟晶体结构，并进行了衍射实验，这一理论结果与舍特曼的实验图像相符由此，更加确定了准晶的存在。

图 1.2 以 A 为中心点将 B 移到 B'和 1.2 Symmetric translations from point A to类多元系合金中发现准晶相的存在，实践中。在 Al-Cu-Fe 稳定的准晶[)稳态准晶等，可以通过改变准晶相相，如 Mg-Zn-Al、Al-Cu-Li 准晶等有近 300 种，还有一少部分的四元的不同，除了的 Al 基体准晶相之外[39,40]、Cu 基[41,42]、Zn 基[43-45]、Cd [58]

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本文编号：2799913