镁基复合材料的增强相设计及组织性能评价

发布时间：2017-10-19 16:04

  本文关键词：镁基复合材料的增强相设计及组织性能评价

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【摘要】：由于密排六方的晶体结构,镁合金在变形中会形成强烈织构,这极大限制了变形镁合金的室温成形能力。颗粒增强镁基复合材料是镁合金的“强化版”,近些年来备受关注。更为重要的是,增强颗粒可以弱化镁合金的变形织构,进而改善其成形能力。本文首先对比了不同耦合外场下TiB2增强颗粒的分散行为,研究了增强颗粒的分散性对TiB2/AZ31复合材料板材组织、织构及力学性能的影响;另外,探索通过Y合金化的方法来拓展Al-Ti-B自蔓延体系在无铝镁合金(Mg-6Zn)中的应用；最后,研究了Al元素的添加对Mg-Zn-RE合金板材组织性能的影响。主要研究结论如下：在TiB2/AZ31复合材料制备过程中,引入声磁耦合场(电磁场+超声场),通过电磁场的控流作用间接扩大了超声场的作用范围,从而有效减小增强颗粒团簇尺寸并提高增强颗粒的利用率。相比于旋转磁场和行波磁场,螺旋电磁场与超声场耦合的作用效果最明显。组织分析表明,AZ31镁合金板材中的剪切带是由尺寸较为粗大的动态再结晶(Dynamic Rerystallization, DRX)晶粒组成。由于在轧制过程中TiB2颗粒的“颗粒刺激形核”(Particle Stimulate Nucleation, PSN)效应,TiB2/AZ31复合材料中组成剪切带的DRX晶粒明显得到细化。另外,随TiB2颗粒分散性的提高,组织中剪切带和孪晶的数量增加,织构也得到不断的弱化,且TiB2/AZ31复合材料的强度和延伸率均得到了改善。Y与Al-Ti-B自蔓延(SHS)产物中的Al反应生成Al2Y、Al11Y3相,减小了TiB2颗粒团簇的尺寸并细化复合材料基体组织。在轧制过程中,和TiB2颗粒一样,Al2Y和Al11Y3可以刺激DRX形核,这导致最终轧制组织的细化并形成弱的双峰织构的形成。另外,Y的添加使得TiB2/Mg-6Zn复合材料板材的强度和塑性同时提高。重要的是,添加Y起到了消耗残余Al的作用,解决了Al-Ti-B体系在无Al镁合金中无法应用的难题。Al的添加显著改变了Mg-5Gd-2.5Y-2Zn合金的凝固析出行为,使得W相(Mg3Zn3(Y,Gd)2)含量急剧减少,并形成两种新的有益相(Al11(Y, Gd)3和A12(Y, Gd))。铸态组织的改变显著提高了Mg-5Gd-2.5Y-2Zn合金的轧制成形能力和伸长率。尤其是,含1.0wt.%Al的Mg-5Gd-2.5Y-2Zn板材的伸长率达到了16.4%,约为原合金的4倍。Al的合金化对含较高稀土含量的Mg-8Gd-5Y-2Zn合金板材组织性能的影响也非常的显著。宏观织构测试表明,Mg-8Gd-5Y-2Zn合金板材中形成了较强的双峰织构(最大极密度值为15.1)。添加1.0wt.%Al后,板材织构呈现出多峰、取向分布变宽的特征,且最大极密度显著弱化至3.9。EBSD分析表明,Mg-8Gd-5Y-2Zn合金轧制过程中发生了不完全再结晶,晶粒间取向差不明显,且小角度晶界所占比例较高。添加1.0wt.% Al后,板材组织由均匀细小的DRX晶粒组成,大角度晶界数量增加。
【关键词】：镁基复合材料 轧制 显微组织 织构 力学性能
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB333
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-31
• 1.1 引言11
• 1.2 镁基复合材料概述11-14
• 1.2.1 基体合金11
• 1.2.2 增强体11-14
• 1.3 颗粒增强镁基复合材料14-19
• 1.3.1 外加颗粒增强镁基复合材料14-15
• 1.3.2 原位颗粒增强镁基复合材料15-16
• 1.3.3 增强颗粒的分散工艺16-19
• 1.4 颗粒增强镁基复合材料热变形19-22
• 1.4.1 轧制19-20
• 1.4.2 挤压20-21
• 1.4.3 锻造21-22
• 1.5 变形镁合金织构22-27
• 1.5.1 变形镁合金织构形成机理22
• 1.5.2 变形镁合金织构主要类型22-24
• 1.5.3 变形镁合金织构的优化设计24-26
• 1.5.4 织构弱化机理研究26-27
• 1.6 颗粒对镁合金基体变形组织的影响27-29
• 1.6.1 颗粒对再结晶的影响27-28
• 1.6.2 颗粒对变形织构的影响28-29
• 1.7 论文研究目的及主要内容29-31
• 1.7.1 论文研究目的29-30
• 1.7.2 论文研究内容30-31
• 2 实验材料及方法31-36
• 2.1 实验原材料31
• 2.2 实验方法31-33
• 2.2.1 Al-Ti-B预制块制备工艺31-32
• 2.2.2 铸造工艺32-33
• 2.2.3 热处理工艺33
• 2.2.4 轧制工艺33
• 2.3 显微组织及力学性能分析33-36
• 2.3.1 成分分析33
• 2.3.2 金相分析33-34
• 2.3.3 X射线衍射分析34
• 2.3.4 扫描电镜和能谱分析34-35
• 2.3.5 宏观织构分析35
• 2.3.6 电子背散射衍射分析35
• 2.3.7 晶粒尺寸测定35
• 2.3.8 室温力学性能测试35-36
• 3 不同外场下颗粒分散行为及其对镁基复合材料板材组织、性能影响36-45
• 3.1 不同外场类型对镁基复合材料中增强颗粒分散行为影响36-39
• 3.2 不同颗粒分散性对镁基复合材料轧制板材组织、织构及力学性能影响.39-44
• 3.2.1 轧制态组织分析39-40
• 3.2.2 轧制过程中的组织演变分析40-42
• 3.2.3 宏观织构分析42
• 3.2.4 拉伸性能分析42-44
• 3.3 本章小结44-45
• 4 Y对TiB_2/Mg-6Zn复合材料组织、织构及力学性能的影响45-52
• 4.1 成分设计45
• 4.2 微组织分析45-49
• 4.2.1 均匀化组织分析45-48
• 4.2.2 轧制组织分析48-49
• 4.3 宏观织构分析49-50
• 4.4 拉伸性能分析50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 5 Al对Mg-Gd-Y-Zn合金组织、织构及力学性能影响52-67
• 5.1 Al对含W相的Mg-5Gd-2.5Y-2Zn合金组织、织构及力学性能影响52-61
• 5.1.1 成分设计52
• 5.1.2 铸态组织分析52-55
• 5.1.3 轧制板材宏观形貌对比55
• 5.1.4 轧制态组织分析55-57
• 5.1.5 宏观织构分析57-59
• 5.1.6 拉伸性能分析59-60
• 5.1.7 拉伸断口分析60-61
• 5.2 Al对含X相的Mg-8Gd-5Y-2Zn合金组织、织构及力学性能影响61-66
• 5.2.1 成分设计61
• 5.2.2 铸态组织分析61-63
• 5.2.3 轧制态组织分析63-64
• 5.2.4 宏观织构分析64
• 5.2.5 EBSD分析64-66
• 5.3 本章小结66-67
• 结论67-69
• 参考文献69-76
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况76-78
• 致谢78-79

【参考文献】

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本文编号：1062016