Mg-Zn-Y准晶增强镁基复合材料制备工艺与性能的研究

发布时间：2017-03-27 16:12

  本文关键词：Mg-Zn-Y准晶增强镁基复合材料制备工艺与性能的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为目前最轻的工程金属材料,被誉为“2l世纪绿色工程材料”的镁合金,具有较佳的比强度、比刚性、切削性、减振性以及易于回收等优点,被广泛应用于航空航天、汽车工业和数码3C产品的零件上。但是,镁合金存在塑性变形能力差、绝对强度低、容易氧化以及高温抗蠕变性能差等问题,限制了它在工业中的进一步应用。由于Mg-Zn-Y二十面体准晶相(I-phase)具有的高硬度、高弹性模量,并且能够与镁合金基体良好结合,可以应用于基体镁合金的强化相。因此,制备稳定的准晶增强镁基复合材料,能够为镁合金的强化研究提供新途径。本文采用常规铸造的方法制备Mg-Zn-Y二十面体稳定准晶中间合金,将制备的Mg-Zn-Y准晶中间合金作为增强体,通过外加法引入到基体AZ91D镁合金中,采用挤压铸造工艺获得准晶增强AZ91D镁基复合材料,研究不同工艺参数对复合材料显微组织和力学性能的影响;最后,采用挤压铸造法制备自生准晶增强Mg93Zn6Y1镁基复合材料,并研究挤压压力对材料显微组织和力学性能的影响。实验结果发现:采用常规的铸造方式,在实验设计的Mg-47Zn-xY(x=2.5,3.5,4.5,5.5,6.5,7.5,wt%)和Mg-45Zn-5.5Y(wt%)中均获得了稳定的二十面体准晶I-phase。随着合金中Y含量的增加,准晶相的含量逐渐增多,尺寸逐渐增大;随着Zn元素减少(Zn=45wt%),合金中的I-phase由花瓣状变为不规则的多边形状,合金显微组织中的(α-Mg+I-phase)层片状共晶组织消失,黑色颗粒状的α-Mg增多,尺寸增大;随着冷却速率减缓,准晶相充分长大直到熟化脱落,最后形成一朵花瓣状准晶。重力铸造(0 MPa)工艺下,Mg3YZn6准晶相能够很好的遗留在AZ91D基体镁合金,变成球形,均匀分布在α-Mg基体的晶界或者晶内;准晶增强镁基复合材料力学性能提高明显,其抗拉强度是146.3MPa,断后伸长率是4.08%,相比于基体AZ91D分别提高了41.63%和44.68%;复合材料断口主要由解理面和撕裂棱组成,具有典型的脆性断裂的特征。相比于重力铸造,挤压铸造工艺更有助于镁基复合材料力学性能提高;当浇注温度为700℃,挤压压力为100MPa时,复合材料拉抗拉强度和伸长率达到最大值,分别是201.5MPa和8.20%,相比重力铸造增加幅度为37.7%和100.9%;此时,经过固溶和时效热处理后的抗拉强度和延伸率分别提高到233.5MPa和9.81%。挤压铸造Mg93Zn6Y1镁合金的显微组织由α-Mg相和I-phase两相组成。准晶相以(I-phase+α-Mg)层片状共晶组织形态存在,呈网状分布在α-Mg枝晶间。增大挤压压力,合金显微组织得到改善,层片状共晶组织变得细小,且由连续网状逐渐变为断裂网状,分布更均匀。当挤压压力从0 MPa增大到150 MPa时,Mg93Zn6Y1镁合金的抗拉强度由148.3 MPa增加到193.5 MPa,伸长率从2.41%增加到4.23%,增幅分别为30.48%和75.52%。合金拉伸试样的断口呈现准解理断裂特征。
【关键词】：Mg-Zn-Y准晶 AZ91D镁合金 挤压铸造 显微组织 力学性能
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB331
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-11
• 1 绪论11-26
• 1.1 准晶11-18
• 1.1.1 准晶的发现与分类11-13
• 1.1.2 准晶的性能与应用13-15
• 1.1.3 准晶的制备方法15-16
• 1.1.4 镁系准晶研究现状16-17
• 1.1.5 准晶增强镁合金17-18
• 1.2 镁及镁合金18-24
• 1.2.1 镁及镁合金特点及应用18-20
• 1.2.2 镁合金的强化机理20-22
• 1.2.3 镁合金挤压铸造22-24
• 1.3 本文研究目的、意义及内容24-26
• 1.3.1 本文研究目的与意义24
• 1.3.2 本文研究内容24-26
• 2 实验方案与过程26-32
• 2.1 实验材料26
• 2.2 实验设备26-27
• 2.3 实验过程27-29
• 2.3.1 常规铸造制备Mg-Zn-Y准晶中间合金27
• 2.3.2 挤压铸造制备准晶增强镁基复合材料27-28
• 2.3.3 镁基复合材料热处理工艺28-29
• 2.4 材料表征及性能检测29-32
• 2.4.1 光学显微组织分析29
• 2.4.2 X射线衍射分析29
• 2.4.3 扫描电子显微镜分析29-30
• 2.4.4 透射电子显微镜分析30
• 2.4.5 差示扫描量热分析30
• 2.4.6 拉伸力学性能分析30-32
• 3 Mg-Zn-Y准晶中间合金的制备与研究32-53
• 3.1 引言32
• 3.2 Mg-Zn-Y准晶中间合金的制备32-35
• 3.2.1 合金成分选择32-34
• 3.2.2 实验技术路线34-35
• 3.3 合金成分Mg-Zn-Y准晶中间合金显微组织的影响35-42
• 3.3.1 Y含量对准晶中间合金显微组织的影响35-41
• 3.3.2 Zn含量对准晶中间合金显微组织的影响41-42
• 3.4 冷却速率对Mg-Zn-Y准晶中间合金显微组织的影响42-45
• 3.4.1 模具型号对准晶中间合金显微组织的影响42-44
• 3.4.2Mg-Zn-Y准晶合金不同部位的显微组织44-45
• 3.5 Mg-Zn-Y准晶相形成和生长机制45-51
• 3.5.1 准晶相形成机制分析46-48
• 3.5.2 准晶相生长机制分析48-51
• 3.6 本章小结51-53
• 4 Mg-Zn-Y准晶增强AZ91D镁基复合材料制备工艺与性能研究53-78
• 4.1 引言53
• 4.2 Mg-Zn-Y准晶增强AZ91D镁基复合材料的制备53-56
• 4.2.1 实验技术路线53-54
• 4.2.2 镁基复合材料的增强体和基体54-56
• 4.2.3 实验方案设计56
• 4.3 重力铸造准晶增强AZ91D镁基复合材料的组织及性能56-62
• 4.3.1 Mg-Zn-Y准晶对AZ91D镁合金显微组织的影响56-59
• 4.3.2 Mg-Zn-Y准晶对AZ91D镁合金力学性能的影响59-61
• 4.3.3 Mg-Zn-Y准晶对AZ91D镁合金断口形貌的影响61-62
• 4.4 挤压铸造准晶增强AZ91D镁基复合材料的组织及性能62-72
• 4.4.1 不同挤压压力对复合材料显微组织的影响62-66
• 4.4.2 不同挤压压力对复合材料力学性能的影响66-68
• 4.4.3 不同挤压压力下复合材料的断口形貌68-69
• 4.4.4 不同浇注温度对复合材料显微组织的影响69-70
• 4.4.5 不同浇注温度对复合材料力学性能的影响70-71
• 4.4.6 不同浇注温度下复合材料的断口形貌71-72
• 4.5 热处理对准晶增强AZ91D镁基复合材料的组织及性能的影响72-76
• 4.6 本章小结76-78
• 5 Mg-Zn-Y自生准晶增强镁基复合材料制备工艺与性能的研究78-86
• 5.1 引言78
• 5.2 实验方案与过程78-80
• 5.3 实验结果及分析80-84
• 5.3.1 不同挤压压力下Mg_(93)Zn_6Y_1合金的显微组织分析80-83
• 5.3.2 不同挤压压力下Mg_(93)Zn_6Y_1合金的力学性能分析83-84
• 5.3.3 不同挤压压力下Mg_(93)Zn_6Y_1合金的断口形貌分析84
• 5.4 本章小节84-86
• 结论86-88
• 参考文献88-95
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果95-96
• 致谢96-97

【参考文献】

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本文编号：270653