Mg-4Y/Nd-2Zn合金组织与性能研究
发布时间：2020-12-23 22:25
镁合金的比重轻,比强度及比刚度高,并且具有优良的阻尼减震性能和电磁屏蔽性能的特点,被作为最理想的的金属结构材料应用在航空航天、汽车产业,电子通讯等领域。然而它的的耐腐蚀性能低,力学性能较差,限制它在这些领域内的应用发展。研究发现稀土元素具有独特的核外电子结构,当加入稀土元素后可以有效地提升镁合金的各方面性能,因此稀土镁合金的研究越来越受到人们的关注。由于稀土元素又分为轻稀土元素和重稀土元素两种,不同种类的稀土元素对镁合金的组织和性能的影响有所不同。因此,本文设计了Mg-4Y-2Zn和Mg-4Nd-2Zn两种镁合金,采用光学显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、EDS能谱分析仪、示差扫描量热仪（DSC）、拉伸试验、电化学极化曲线测试等分析测试手段,对两种不同种类的稀土镁合金进行了系统的研究。结果表明:铸态Mg-4Y-2Zn合金的显微组织由α-Mg和X-Mg12YZn相组成,且X相沿晶界呈层片状并指向晶粒内部分布;铸态Mg-4Nd-2Zn合金的显微组织由α-Mg和W-Mg3Zn3Nd2
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镁的晶胞[1,17]
处呈连续的细小网状结构分布，合金的强度提高；当 Y 的含量由 1.9%增加至 3,7%时，共晶相的组织由连续的网状结构转变为不连续的网状结构，并且网状结构开始变得粗大。当 Y 的含量由 1.9%增加至 5.8%时，合金的强度提升。当 Y 的含量为 0.9%时，Y 元素的细化作用以及适量的 W 相对合金的塑性较好，合金的延伸率为 24.8%；当 Y 的含量为 3.7%时，生成共晶相 X-Mg12YZn 相，W 相的数量开始减少，晶界处的共晶组织转变为不连续的网状结构，对合金的塑性有利。Y 含量为 3.7%时，合金具有最优的力学性能。1.5.3 含 Nd 镁合金研究进展Nd属于轻稀土元素，它在镁中的最大固溶度为3.6wt.%，并且固溶度随温度的下降而下降。因此，Mg-Nd二元合金具有明显的固溶强化和时效强化作用。Mg-Nd二元合金中时效析出相为Mg12Nd 相，Mg12Nd相具有高熔点和高硬度，热稳定性好。因此，Mg12Nd相可有效提高镁合金的强度以及抗蠕变性能[52,53]。Mg-Nd二元合金的铸态组织由 -Mg和Mg12Nd相组成；并且合金的晶粒尺寸随Nd含量的增加而逐渐减小，合金中的第二相数量随Nd含量的增加而增加，分布更加连续，Mg-2Nd合金中的Mg12Nd相沿晶界呈断续的网状结构分布，而Mg-4Nd合金中Mg12Nd呈连续的网状结构分布[54,55],如图1.2所示。
高其抗拉强度及延伸率，使得合金获得好的韧性及抗冲击性能。固溶处理+人工时效（T6）： 经过固溶处理镁合金放置在较低的温度下保温一定时间，基体中第二相或固溶原子会发生分解并析出第二相，阻碍位错的运动，从而使得镁合金的强度和硬度呈现大幅度的提高。但经过固溶处理+时效处理（T6）后，合金的塑性会下降。时效处理的温度和时间对于镁合金的各方面性能也具有很大影响。韩宝军[58]等人研究了时效热处理对 WE43 镁合金组织与力学性能的影响。研究表明：WE43铸态组织成分不均匀，存在着明显的成分偏析，晶界上分布着深色的不连续的稀土共晶相。图1.3 为 WE43 合金不同温度时效 8 h 后的显微组织图。当经过 520 °C 8 h 的固溶处理后，分布在晶界上的共晶相的数量和形态发生变化，合金中的枝晶偏析消除，晶界上第二相大多数固溶到基体，只有少量还分布在晶界处。将固溶处理后的合金在不同的时效温度下进行人工时效 8h，由显微组织图可以看出，175°C 时效析出相数量较少，且分布不均匀；225°C 析出相数量较多，分布比较均匀；275°C 时效析出的第二相变得粗大。时效温度为 225°C 时，随着保温时间的延长，析出相的数量越来越多，当时效时间为 12h 时，合金的晶粒最小且析出相分布比较均匀。经过 520 °C 8 h+225 °C 8 h 后，合金的硬度由原来的 77.7 HV 增加至 91.3 HV；当保温时间延长至 12 h 时的硬度值达到最大值 105 HV；随后硬度值开始下降。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nd含量、固溶处理工艺对Mg-4Zn-xNd镁合金性能的影响[J]. 邓伟林,杨晓宁,邓坤坤,黄晓波. 热加工工艺. 2017(16)
[2]时效处理对挤压态Mg-Zn-Ca-Nd合金力学及腐蚀性能的影响[J]. 郭皓,韩振华,纪晓昀,王小宁,张长军,杨军. 热加工工艺. 2017(04)
[3]镁合金功能材料的研究进展（英文）[J]. 陈先华,耿玉晓,潘复生. 稀有金属材料与工程. 2016(09)
[4]几种合金元素对镁合金铸造组织与性能的影响[J]. 韩宝军,何琼. 铸造技术. 2015(06)
[5]时效热处理对WE43镁合金组织与力学性能的影响[J]. 韩宝军,何琼,彭光怀. 热加工工艺. 2015(08)
[6]镁合金在航空领域应用的研究进展[J]. 赵怿,董刚,赵博. 有色金属工程. 2015(02)
[7]稀土元素对镁合金力学性能影响的研究进展[J]. 张丁非,谌夏,潘复生,蒋璐瑶,胡光山,余大亮. 功能材料. 2014(05)
[8]合金元素对镁合金性能影响[J]. 危少景,魏亮新. 科技视界. 2013(26)
[9]高性能镁合金及其在汽车行业应用的研究进展[J]. 李宜达,梁敏洁,廖海洪,张晓. 热加工工艺. 2013(10)
[10]固溶处理对Mg-4Y-2Nd-1Gd-0.4Zr镁合金组织和性能的影响[J]. 刘志杰,吴国华,刘文才,丁文江. 材料热处理学报. 2013(03)
博士论文
[1]Mg-RE基稀土镁合金组织、性能与腐蚀机理研究[D]. 张新.北京有色金属研究总院 2013
硕士论文
[1]热处理对Mg-4Zn-xNd-0.5Zr合金的组织和性能的影响[D]. 王莉莉.沈阳工业大学 2013
[2]Mg-Zn-Nd合金的显微组织与性能研究[D]. 崔双双.天津大学 2009
[3]Mg-5.6Zn-2.75Y-0.55Zr合金经不同工艺处理组织和性能研究[D]. 王莹莹.内蒙古工业大学 2009
本文编号：2934438
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镁的晶胞[1,17]
处呈连续的细小网状结构分布，合金的强度提高；当 Y 的含量由 1.9%增加至 3,7%时，共晶相的组织由连续的网状结构转变为不连续的网状结构，并且网状结构开始变得粗大。当 Y 的含量由 1.9%增加至 5.8%时，合金的强度提升。当 Y 的含量为 0.9%时，Y 元素的细化作用以及适量的 W 相对合金的塑性较好，合金的延伸率为 24.8%；当 Y 的含量为 3.7%时，生成共晶相 X-Mg12YZn 相，W 相的数量开始减少，晶界处的共晶组织转变为不连续的网状结构，对合金的塑性有利。Y 含量为 3.7%时，合金具有最优的力学性能。1.5.3 含 Nd 镁合金研究进展Nd属于轻稀土元素，它在镁中的最大固溶度为3.6wt.%，并且固溶度随温度的下降而下降。因此，Mg-Nd二元合金具有明显的固溶强化和时效强化作用。Mg-Nd二元合金中时效析出相为Mg12Nd 相，Mg12Nd相具有高熔点和高硬度，热稳定性好。因此，Mg12Nd相可有效提高镁合金的强度以及抗蠕变性能[52,53]。Mg-Nd二元合金的铸态组织由 -Mg和Mg12Nd相组成；并且合金的晶粒尺寸随Nd含量的增加而逐渐减小，合金中的第二相数量随Nd含量的增加而增加，分布更加连续，Mg-2Nd合金中的Mg12Nd相沿晶界呈断续的网状结构分布，而Mg-4Nd合金中Mg12Nd呈连续的网状结构分布[54,55],如图1.2所示。
高其抗拉强度及延伸率，使得合金获得好的韧性及抗冲击性能。固溶处理+人工时效（T6）： 经过固溶处理镁合金放置在较低的温度下保温一定时间，基体中第二相或固溶原子会发生分解并析出第二相，阻碍位错的运动，从而使得镁合金的强度和硬度呈现大幅度的提高。但经过固溶处理+时效处理（T6）后，合金的塑性会下降。时效处理的温度和时间对于镁合金的各方面性能也具有很大影响。韩宝军[58]等人研究了时效热处理对 WE43 镁合金组织与力学性能的影响。研究表明：WE43铸态组织成分不均匀，存在着明显的成分偏析，晶界上分布着深色的不连续的稀土共晶相。图1.3 为 WE43 合金不同温度时效 8 h 后的显微组织图。当经过 520 °C 8 h 的固溶处理后，分布在晶界上的共晶相的数量和形态发生变化，合金中的枝晶偏析消除，晶界上第二相大多数固溶到基体，只有少量还分布在晶界处。将固溶处理后的合金在不同的时效温度下进行人工时效 8h，由显微组织图可以看出，175°C 时效析出相数量较少，且分布不均匀；225°C 析出相数量较多，分布比较均匀；275°C 时效析出的第二相变得粗大。时效温度为 225°C 时，随着保温时间的延长，析出相的数量越来越多，当时效时间为 12h 时，合金的晶粒最小且析出相分布比较均匀。经过 520 °C 8 h+225 °C 8 h 后，合金的硬度由原来的 77.7 HV 增加至 91.3 HV；当保温时间延长至 12 h 时的硬度值达到最大值 105 HV；随后硬度值开始下降。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nd含量、固溶处理工艺对Mg-4Zn-xNd镁合金性能的影响[J]. 邓伟林,杨晓宁,邓坤坤,黄晓波. 热加工工艺. 2017(16)
[2]时效处理对挤压态Mg-Zn-Ca-Nd合金力学及腐蚀性能的影响[J]. 郭皓,韩振华,纪晓昀,王小宁,张长军,杨军. 热加工工艺. 2017(04)
[3]镁合金功能材料的研究进展（英文）[J]. 陈先华,耿玉晓,潘复生. 稀有金属材料与工程. 2016(09)
[4]几种合金元素对镁合金铸造组织与性能的影响[J]. 韩宝军,何琼. 铸造技术. 2015(06)
[5]时效热处理对WE43镁合金组织与力学性能的影响[J]. 韩宝军,何琼,彭光怀. 热加工工艺. 2015(08)
[6]镁合金在航空领域应用的研究进展[J]. 赵怿,董刚,赵博. 有色金属工程. 2015(02)
[7]稀土元素对镁合金力学性能影响的研究进展[J]. 张丁非,谌夏,潘复生,蒋璐瑶,胡光山,余大亮. 功能材料. 2014(05)
[8]合金元素对镁合金性能影响[J]. 危少景,魏亮新. 科技视界. 2013(26)
[9]高性能镁合金及其在汽车行业应用的研究进展[J]. 李宜达,梁敏洁,廖海洪,张晓. 热加工工艺. 2013(10)
[10]固溶处理对Mg-4Y-2Nd-1Gd-0.4Zr镁合金组织和性能的影响[J]. 刘志杰,吴国华,刘文才,丁文江. 材料热处理学报. 2013(03)
博士论文
[1]Mg-RE基稀土镁合金组织、性能与腐蚀机理研究[D]. 张新.北京有色金属研究总院 2013
硕士论文
[1]热处理对Mg-4Zn-xNd-0.5Zr合金的组织和性能的影响[D]. 王莉莉.沈阳工业大学 2013
[2]Mg-Zn-Nd合金的显微组织与性能研究[D]. 崔双双.天津大学 2009
[3]Mg-5.6Zn-2.75Y-0.55Zr合金经不同工艺处理组织和性能研究[D]. 王莹莹.内蒙古工业大学 2009
本文编号：2934438
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