Mg-Ce系合金的组织演变及其阻尼与力学性能的研究

发布时间：2017-10-26 23:30

  本文关键词：Mg-Ce系合金的组织演变及其阻尼与力学性能的研究

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【摘要】：随着现代社会的快速发展,仪器设备日益精密化、复杂化以及工作环境的多样化,对降低能耗和减振降噪等提出了更为迫切的要求,轻量化与结构功能一体化镁材料将是今后发展的重点。当前结构功能一体化镁合金材料的研究开发却严重匮乏,国内外学者大多针对镁合金力学或单一功能特性进行研究,研发同时兼具良好力学与阻尼特性的结构功能一体化镁合金材料却很少。而且,现有高强高阻尼镁合金一般含大量稀土元素、工艺控制复杂、生产成本高昂、加工困难,极大地限制了其规模化、高值化、大宗化应用。针对以上现状,本研究以Mg-Ce系合金为基础,通过添加不同固溶度的非稀土元素(Mn、Zn、Sn),设计并制备Mg-X-Ce系高阻尼高强度镁合金。采用合金化设计、挤压变形与热处理工艺协同耦合技术研究显微组织演变及其对阻尼与力学性能的影响,以期通过调控第二相含量、分布,晶粒尺寸以及织构强弱等微观组织来实现Mg-X-Ce合金阻尼与力学性能的平衡优化,归纳总结高阻尼高强度镁合金的设计准则,从而得到适合不同实际需求的低成本结构功能一体化新型镁合金材料。首先,研究了不同Ce含量的Mg-Ce二元合金的阻尼与力学性能。铸态Mg-2Ce合金中出现了大量的长直而平行的第二相组织,而其他三种合金中并没有发现这种特殊的显微组织。平行第二相的出现有利于合金的阻尼性能,在应变为10-3时阻尼值达0.084,这可能与位错密度的增加和应力集中有关。挤压变形后,合金的力学性能得到大幅度提高而应变阻尼性能却有所下降。综合来看,挤压态Mg-0.5Ce合金表现出较好的综合阻尼与力学性能,其屈服强度为356.7MPa,抗拉强度为357.6MPa,延伸率为5.8%,应变振幅10-3时阻尼值Q-1为0.015。其次,在Mg-0.5Ce的基础上,研究Mn元素的添加对Mg-Ce合金显微组织及其阻尼与力学的影响。结果表明,Mn不与其他元素形成第二相组织,铸态Mg-Mn-Ce合金的阻尼性能几乎不受Mn元素含量变化的影响。随着Mn元素含量的增多,挤压态Mg-Mn-Ce合金的强度与延伸率呈先增加而后下降的趋势。其中,J-MC3合金表现出良好的综合力学性能,抗拉强度为339MPa,屈服强度达330MPa,延伸率为11.2%。此外,Mn元素的添加在提高合金力学性能的同时能够保持其阻尼性能不会下降。再次,研究了较高固溶度的Zn、Sn元素对Mg-Ce合金显微组织及其阻尼与力学的影响。随着Zn含量的增加,铸态Mg-Zn-Ce合金的第二相组织从平行分布逐渐变为弥散的网状分布,其阻尼性能整体较低。而随高固溶度的Sn含量增多,铸态Mg-Sn-Ce合金的第二相组织呈整齐的平行分布,SC3合金表现出良好的阻尼性能,其比阻尼系数SDC达54%。挤压后,Mg-Zn/Sn-Ce合金的阻尼性能都呈现出先上升而后下降的趋势。其中,J-ZC2合金表现出良好的综合力学与阻尼性能,其屈服强度为293MPa,抗拉强度314MPa,延伸率为6.1%,阻尼值Q-1为0.034。J-SC3合金也展现出良好的综合性能,YTS=135MPa,UTS=227MPa,EL=8.9%和Q-1=0.055。最后,选取以上力学性能较高而阻尼性能相对较差的挤压态Mg-X-Ce合金通过恰当的热处理工艺进行阻尼与力学的平衡优化研究。实验结果表明,第二相含量、形貌与晶界数量等作为强钉扎点是影响合金阻尼与力学性能的重要因素。热处理工艺可以有效改善Mg-Zn/Mn-Ce合金的显微组织,使得合金的阻尼性能大幅提高而力学性能却有所下降。经350℃x4h热处理后制备得到了综合性能优良的TJ-ZC1合金,即YTS=201MPa,UTS=266MPa,EL=18%,SDC=69%。
【关键词】：Mg-Ce系合金 显微组织 阻尼性能 力学性能
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 前言10-11
• 1.2 镁合金的阻尼机理与影响因素11-15
• 1.2.1 镁合金阻尼的表征与测试方法11-13
• 1.2.2 镁合金的阻尼机制13-14
• 1.2.3 镁合金阻尼性能的影响因素14-15
• 1.3 高阻尼高强度镁合金的研究现状15-18
• 1.3.1 阻尼镁合金的强化机制15-16
• 1.3.2 镁基多元合金阻尼与力学性能的研究现状16-17
• 1.3.3 新型高强高阻尼镁合金的研究开发17
• 1.3.4 镁铈系合金的研究进展17-18
• 1.4 主要研究内容18-20
• 2 Mg-Ce合金阻尼与力学性能的研究20-34
• 2.1 实验过程与测试方法20-22
• 2.1.1 实验过程20-21
• 2.1.2 测试方法21-22
• 2.2 铸态Mg-Ce合金组织及性能的研究22-29
• 2.2.1 铸态Mg-Ce合金的微观表征22-26
• 2.2.2 铸态Mg-Ce合金的力学性能26-27
• 2.2.3 铸态Mg-Ce合金的阻尼性能27-29
• 2.3 挤压态Mg-Ce合金的力学与阻尼性能研究29-32
• 2.3.1 挤压态Mg-Ce合金的显微组织29-30
• 2.3.2 挤压态Mg-Ce合金的力学性能30-31
• 2.3.3 挤压态Mg-Ce合金的阻尼性能31-32
• 2.4 本章小结32-34
• 3 Mn元素对Mg-Ce合金组织及性能的影响34-46
• 3.1 实验过程与测试方法34-36
• 3.1.1 实验过程34-36
• 3.1.2 测试方法36
• 3.2 Mn元素对Mg-Ce合金组织及性能的影响36-40
• 3.2.1 Mn元素对Mg-Ce合金微观组织的影响36-38
• 3.2.2 Mn元素对Mg-Ce合金阻尼性能的影响38-40
• 3.3 挤压态Mg-Mn-Ce合金阻尼与力学性能的研究40-44
• 3.3.1 挤压态Mg-Mn-Ce合金的微观表征40-41
• 3.3.2 挤压态Mg-Mn-Ce合金的力学性能41-43
• 3.3.3 挤压态Mg-Mn-Ce合金的阻尼性能43-44
• 3.4 本章小结44-46
• 4 Zn、Sn元素对Mg-Ce合金组织及性能的影响46-66
• 4.1 实验过程与测试方法46-48
• 4.1.1 实验过程46-48
• 4.1.2 测试方法48
• 4.2 Zn元素对Mg-Ce合金组织与性能的影响48-56
• 4.2.1 铸态Mg-Zn-Ce合金组织与性能的研究48-52
• 4.2.2 挤压态Mg-Zn-Ce合金阻尼与力学性能的研究52-56
• 4.3 Sn元素对Mg-Ce合金组织与性能的影响56-65
• 4.3.1 铸态Mg-Sn-Ce三元合金组织与性能的研究56-60
• 4.3.2 挤压态Mg-Sn-Ce三元合金组织与性能的研究60-65
• 4.4 本章小结65-66
• 5 Mg-Ce系合金阻尼与力学性能的平衡优化及低成本高阻尼高强度镁合金的设计66-86
• 5.1 实验设计与测试方法66-68
• 5.1.1 实验设计66-67
• 5.1.2 测试方法67-68
• 5.2 Mg-X-Ce合金阻尼与力学性能的平衡优化68-80
• 5.2.1 热处理对挤压态Mg-Ce合金组织与阻尼性能的影响68-73
• 5.2.2 热处理温度对挤压态Mg-X-Ce合金组织及阻尼性能的影响73-75
• 5.2.3 热处理时间对挤压态Mg-X-Ce合金组织与阻尼性能的影响75-77
• 5.2.4 实验结果综合对比分析77-80
• 5.3 低成本高阻尼高强度镁合金的设计80-84
• 5.3.1 Mg-X-Ce合金的平衡优化机理分析80-83
• 5.3.2 低成本高强高阻尼新型镁合金的设计83-84
• 5.4 本章小结84-86
• 6 结论86-88
• 致谢88-90
• 参考文献90-98
• 附录98-99
• A. 作者攻读学位期间发表的论文目录98
• B. 作者攻读学位期间申请的专利目录98-99
• C. 作者攻读学位期间获得的奖励99

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨明波;侯梦丹;张佳;潘复生;;Ce、Y和Gd对Mg-3Sn-2Sr镁合金铸态组织和力学性能的影响(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2014年08期

2 王敬丰;徐丹丹;鲁若鹏;潘复生;;不同相组成铸态Mg-xLi-1Al合金的阻尼性能(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2014年02期

3 万迪庆;;热处理对Mg-10%Al-3%Ce新型镁合金组织演化及性能影响(英文)[J];稀有金属材料与工程;2013年S2期

4 周海;王敬丰;潘复生;徐丹丹;汤爱涛;梁浩;;轧制对Mg-3Cu-1Mn合金温度阻尼峰的影响(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2013年06期

5 黄明丽;李洪晓;丁桦;包立;马晓斌;郝士明;;400℃时Mg-Zn-Ce系金属间化合物及相平衡(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年03期

6 王敬丰;魏文文;李龙;梁浩;潘复生;;Effects of Y and Zn on mechanical properties and damping capacity of Mg-Cu-Mn alloy[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2010年10期

7 乐启炽;张志强;邵志文;崔建忠;谢一;;Microstructures and mechanical properties of Mg-2%Zn-0.4%RE alloys[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2010年S2期

8 胡小石;赫晓东;郑明毅;吴昆;;Effect of small tensile deformation on damping capacities of Mg-1%Al alloy[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2010年S2期

9 王敬丰;凌闯;潘复生;汤爱涛;丁培道;;合金元素对镁合金阻尼性能影响的研究进展[J];兵器材料科学与工程;2009年03期

10 章桢彦;彭立明;曾小勤;丁文江;;Effects of Cu and Mn on mechanical properties and damping capacity of Mg-Cu-Mn alloy[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2008年S1期

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本文编号：1100981