含准晶、长周期结构相的Mg-Zn-Y合金微观组织与性能研究

发布时间：2017-10-19 09:38

  本文关键词：含准晶、长周期结构相的Mg-Zn-Y合金微观组织与性能研究

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【摘要】：镁合金是工程应用中密度最小的金属结构材料,具有比强、比刚度高,阻尼减震、电磁屏蔽性能,以及优异的加工性能和易回收等独特的优点。同时,镁合金强度较低、耐腐蚀性差等缺点极大地限制了其更加广阔的应用空间与潜力。通过在铸造镁合金中添加稀土元素可以显著提高合金的性能,近年来,铸造稀土镁合金已成为镁合金研究的一个重点。通过添加Y元素以及热处理和新制备工艺可以在Mg-Zn系合金中获得准晶相、长周期有序堆垛结构相,使其综合性能获得了很大的改善。本文采用常规铸造和铜辊旋淬设备制备出铸态及不同冷速的快速凝固Mg-Zn-Y准晶合金,研究快凝下不同冷速对准晶的微观形貌、凝固路径、合金耐腐蚀性能的影响;采用普通铸造制备长周期结构Mg-Zn-Y合金,确定不同类型长周期结构相的相组分,对长周期结构合金进行热处理,分析LPSO相在平衡转变后相类型及组分、转变机制、形貌和分布状况以及性能变化;外加准晶到LPSO结构Mg-Zn-Y合金中制备镁基复合材料,研究准晶存在形式,I相与LPSO相互相作用下两者依存关系以及对镁基复合材料性能的影响。Mg57Zn37Y6二十面体准晶可以通过普通铸造和快速凝固方法获得,而且不同冷却速度下的准晶合金微观组织有很大的差异。二十面体准晶在这两种凝固条件下均可直接从过冷熔体中析出,其最优生长方向为五次对称轴方向,二十面体的顶点是再次形成准晶的最佳位置。随着冷却速率的提高,准晶的生长方式由铸态时小平面生长和共生生长转变为快速凝固时多以非小平面生长。冷却速率影响准晶的长大过程的同时,对准晶形核起到至关重要作用。二十面体短程序(ISRO)为准晶的形核质点,快速凝固较高的冷却速率使合金具有大的过冷度,可增大ISRO在熔体中的存在几率,促进这样的原子团簇作为更多的准晶形核质点。Mg57Zn37Y6合金在3.5%(wt.%)NaCl溶液中腐蚀为典型的点蚀形貌,快速凝固Mg57Zn37Y6合金中大体积分数准晶相在改善合金耐腐蚀性上起到主导作用。铸态Mg94Zn2Y4合金中LPSO相为18R型,其相成分为Mg10Zn1Y1,经过固溶处理合金微观形貌发生显著变化。14H-LPSO和18R-LPSO可以在788K-15h固溶态Mg94Zn2Y4合金中共存,对应的相组成分别为Mg12Zn1Y1和Mg10Zn1Y1,14H与α-Mg基体的位向关系为:(0001)14H//(0001)Mg和[0110]14H//[1120]Mg。14H-LPSO相的生成有两种途经:一种是18R-LPSO向14H-LPSO相转变而来;另一种是从α-Mg基体中析出。14H-LPSO相以合金中的层错为形核质点,伴随着溶质原子的扩散迁移而长大。788K-15h固溶处理后Mg94Zn2Y4合金较之铸态时力学性能得到显著改善,抗拉强度、屈服强度和拉伸率分别从182 MPa、135 MPa和10.2%提高至245 MPa、157 MPa和13.8%,增幅分别为34.6%、16.3%和35.3%,力学性能的改善得益于:1、基体中有大量精细的针状片层结构出现;2、第二相体积分数明显提高;3、晶粒得到显著细化,增加了大量晶界。T6处理后Mg94Zn2Y4合金中块状LPSO相消失或转变为体积更小的小块状,针状片层结构更加精细且细针状长度与宽度均有很大程度的减小;测试合金布氏硬度,合金在经过788K-15h+473K-12h热处理后达到宏观硬度最大值。外加不同质量分数Mg57Zn37Y6准晶中间合金到长周期堆垛结构Mg94Zn2Y4合金中制得Mg-Zn-Y合金,其微观组织均有显著变化。外加8wt.%准晶中间合金后Mg-Zn-Y合金中的准晶相以(I-phase+α-Mg)共晶组织的形式存在。此时,共晶组织有两种存在形式:一种是独立存在的层片结构,呈现细网状形态;另一种是以长片层形态分布在细条板状相之间,将细条板状相转变为夹层结构。合金宏观硬度与合金组织中相组成有密切关联,随着外加准晶中间合金质量分数的增大,Mg-Zn-Y合金中的相组成变化为:α-Mg+Mg10Zn1Y1(0wt.%)→α-Mg+Mg10Zn1Y1+I相(4wt.%)→α-Mg+Mg10Zn1Y1+I相(8wt.%)→α-Mg+W相(12wt.%),其宏观硬度表现出先增大后降低的趋势。
【关键词】：Mg-Zn-Y 准晶 长周期结构 快速凝固 热处理
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 第一章 绪论13-27
• 1.1 镁合金13-14
• 1.2 Mg-Zn-Y系准晶合金14-17
• 1.2.1 准晶概述14
• 1.2.2 Mg-Zn-RE系准晶14-15
• 1.2.3 Mg-Zn-Y系准晶研究现状15-16
• 1.2.4 快速凝固Mg-Zn-Y系准晶16-17
• 1.3 长周期结构增强Mg-Zn-Y合金17-23
• 1.3.1 长周期结构相17-18
• 1.3.2 长周期结构相的分类与形成18-20
• 1.3.3 含LPSO相Mg-Zn-Y合金研究现状20-23
• 1.4 准晶增强LPSO结构Mg-Zn-Y镁基复合材料23-24
• 1.5 研究内容及意义24-27
• 1.5.1 主要研究内容24-25
• 1.5.2 研究意义25-27
• 第二章 试验方案设计与研究方法27-33
• 2.1 合金成分设计27
• 2.2 试验原料及设备27-28
• 2.3 试验制备工艺28-30
• 2.3.1 试验工艺流程28-29
• 2.3.2 合金熔炼与浇铸29-30
• 2.4 长周期结构Mg-Zn-Y合金的热处理30
• 2.5 分析和性能测试方法30-33
• 第三章 快速凝固Mg-Zn-Y准晶合金微观组织及性能分析33-47
• 3.1 引言33
• 3.2 快速凝固Mg_(57)Zn_(37)Y_6合金的凝固组织特征33-38
• 3.2.1 Mg_(57)Zn_(37)Y_6合金SEM、XRD与EDS分析33-37
• 3.2.2 Mg_(57)Zn_(37)Y_6合金TEM分析37-38
• 3.3 快速凝固Mg_(57)Zn_(37)Y_6准晶合金的形成机制38-42
• 3.3.1 快速凝固Mg_(57)Zn_(37)Y_6薄带厚度与冷却速度的关系38-39
• 3.3.2 不同冷却速率Mg_(57)Zn_(37)Y_6准晶合金凝固过程分析39-40
• 3.3.3 不同冷却速率Mg_(57)Zn_(37)Y_6合金准晶形成机制分析40-42
• 3.4 Mg_(57)Zn_(37)Y_6合金的耐腐蚀性42-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第四章 热处理对长周期结构Mg-Zn-Y合金微观组织与性能影响47-65
• 4.1 引言47-48
• 4.2 铸态Mg_(94)Zn_2Y_4合金的微观组织分析48-50
• 4.3 热处理制度的确定50-51
• 4.3.1 铸态Mg_(94)Zn_2Y_4合金DSC分析50-51
• 4.3.2 热处理制度51
• 4.4 固溶处理对Mg_(94)Zn_2Y_4合金微观组织与性能影响51-60
• 4.4.1 固溶处理后Mg_(94)Zn_2Y_4合金微观组织分析52-57
• 4.4.2 Mg_(94)Zn_2Y_4合金中LPSO结构类型在固溶处理过程中转变机制57-58
• 4.4.3 固溶处理后Mg_(94)Zn_2Y_4合金力学性能分析58-60
• 4.5 时效处理对Mg_(94)Zn_2Y_4合金微观组织与性能影响60-62
• 4.5.1 时效处理后Mg_(94)Zn_2Y_4合金宏观硬度分析61
• 4.5.2 时效处理后Mg_(94)Zn_2Y_4合金微观组织分析61-62
• 4.6 本章小结62-65
• 第五章 长周期结构相与准晶相共存Mg-Zn-Y合金显微组织及性能65-75
• 5.1 引言65
• 5.2 LPSO相与准晶相共存Mg-Zn-Y合金显微组织分析65-71
• 5.2.1 不同外加准晶量对长周期结构Mg-Zn-Y合金显微组织影响66-67
• 5.2.2 LPSO相与准晶相存在形式分析67-71
• 5.3 LPSO相与准晶相共存Mg-Zn-Y合金宏观硬度71-72
• 5.4 本章小结72-75
• 第六章 结论75-77
• 参考文献77-89
• 致谢89-91
• 附录91-92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张贤;;镁基复合材料的分类与研究进展[J];热加工工艺;2015年24期

2 万迪庆;李俊杰;于田;;含LPSO相和I相Mg-Zn-Y合金的显微组织及其高阻尼特性（英文）[J];稀有金属材料与工程;2015年11期

3 杨玲;侯华;赵宇宏;杨晓敏;;压力对挤压铸造Mg-Zn-Y准晶增强AZ91D镁基复合材料显微组织和力学性能的影响(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2015年12期

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本文编号：1060367