超声处理对Mg-6Zn-0.5Y-2Sn和AZ80-4Sn镁合金组织及性能的影响

发布时间：2017-10-30 19:18

  本文关键词：超声处理对Mg-6Zn-0.5Y-2Sn和AZ80-4Sn镁合金组织及性能的影响

  更多相关文章： Mg-6Zn-0.5Y-2Sn镁合金 AZ80-4Sn镁合金 熔体超声处理工艺 显微组织 力学性能

【摘要】：本文以开发低成本、高强韧变形镁合金为试验研究背景,选择第二相种类较多的Mg-6Zn-0.5Y-2Sn镁合金及具有高熔点和较大尺寸第二相的AZ80-4Sn镁合金作为试验合金,并对其进行熔体超声处理,研究熔体超声处理对铸态和挤压态合金微观组织和力学性能的影响,并借助OM、SEM、EDS、XRD以及力学性能测试等手段对其影响机理进行深入探讨,以期望能设计开发出满足课题组要求的高强镁合金。研究结果表明:适当的熔体超声处理工艺不仅能够改善铸态和挤压态试验合金的组织,而且还能使铸态和挤压态试验合金的力学性能得到显著提高。铸态Mg-6Zn-0.5Y-2Sn合金组织主要由α-Mg、MgZn2、Mg2Sn、MgSnY和少量的Mg3Zn6Y相组成。经熔体超声处理后,合金铸态组织中少量的Mg3Zn6Y相和粗大的α-Mg枝晶结构逐渐消失,并且随着超声功率的增加,合金组织逐渐趋向于圆整的等轴晶。超声处理后,铸态合金中粗大的、半连续的、不均匀分布的MgZn2、MgSnY和Mg2Sn相也变得细小、不连续且弥散分布。当超声处理功率达到700W时,试验合金的抗拉强度和延伸率显著提高,且达到最大值,分别为245.6MPa和20.2%。与未经超声处理的Mg-6Zn-0.5Y-2Sn合金相比,其抗拉强度和延伸率分别提高了30.2%和66.9%。超声功率为500W时,屈服强度却达到最大值,为83.0MPa,提高了43.1%。挤压态Mg-6Zn-0.5Y-2Sn合金组织主要由α-Mg、MgSnY和Mg2Sn相组成。700W超声处理后,挤压态试验合金的组织主要是由细小且弥散分布的α-Mg相和MgSnY相组成,Mg2Sn相被破碎成细小的、弥散分布的颗粒状,并且较大程度固溶到α-Mg基体中,再结晶晶粒尺寸从21μm减小至15μm左右。当超声处理功率为300W时,试验合金的屈服强度达到最大值,为178.8MPa;当超声处理功率达到500W时,挤压态试验合金组织最佳,且延伸率达到最大值,为19.6%;当超声处理功率为700W时,试验合金抗拉强度达到最大值,为327.7MPa;较未超声处理合金分别提高了7.2%、74.3%及12.3%。铸态AZ80-4Sn合金组织主要由α-Mg、Mg17Al12和Mg2Sn相组成。经熔体超声处理后,合金铸态组织中粗大的枝晶结构大部分被熔断,出现显著的断裂、分离现象,组织得到明显的细化。当超声处理功率为600W时,铸态合金中分布在晶界附近的Mg17Al12相由连续网状转变为不连续的断网状,较大块状的Mg2Sn相被破碎且一部分固溶到了α-Mg基体中,平均晶粒尺寸也由112μm尺寸减小到95μm左右。同时,其抗拉强度和延伸率也均有显著提高,分别为150.1MPa和2.4%。与未经超声处理的AZ80-4Sn合金相比,其抗拉强度和延伸率分别提高了48.3%和20.0%。挤压态AZ80-4Sn合金的组织主要由α-Mg、Mg17Al12和Mg2Sn相组成,未经超声处理的挤压态AZ80-4Sn合金晶粒较大且尺寸不均匀,而且在晶界附近分布有块状或带状的Mg17Al12残留相,Mg2Sn相也呈现为较大的块状。经600W超声处理的AZ80-4Sn合金,其挤压态晶粒大小较均匀,晶粒平均尺寸从15μm减小至7μm左右,块状或带状Mg17Al12相基本消失,Mg17Al12相和Mg2Sn相也变得细小而弥散,且均匀分布在α-Mg基体中。同时,其抗拉强度、屈服强度和延伸率也均达到最大值,分别为360.0MPa、281.2MPa和9.0%。与未经超声处理的AZ80-4Sn合金相比,其挤压态抗拉强度和屈服强度分别提高了24.1%和9.6%,而延伸率则提高的更为明显,提高了172.7%。
【关键词】：Mg-6Zn-0.5Y-2Sn镁合金 AZ80-4Sn镁合金 熔体超声处理工艺 显微组织 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;TG292
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 镁及镁合金概述10-11
• 1.2 镁合金的强化途径11-13
• 1.2.1 细晶强化11-12
• 1.2.2 固溶强化12
• 1.2.3 弥散强化12
• 1.2.4 沉淀（析出）强化12-13
• 1.3 几种合金元素在镁合金中的作用13-15
• 1.3.1 Zn元素在镁合金中的作用13
• 1.3.2 稀土元素在镁合金中的作用13-14
• 1.3.3 Al元素在镁合金中的作用14
• 1.3.4 Mn元素在镁合金中的作用14-15
• 1.3.5 Sn元素在镁合金中的作用15
• 1.4 超声场在金属材料制备过程中的应用15-18
• 1.4.1 熔体超声处理技术概述15-16
• 1.4.2 超声波在材料凝固中的作用16
• 1.4.3 超声波在金属熔体中传播的效应16-17
• 1.4.4 超声处理金属凝固过程国内外研究现状17-18
• 1.5 本课题研究目的与意义18-19
• 1.5.1 研究目的18-19
• 1.5.2 研究意义19
• 1.6 本文的主要研究内容与技术路线19-22
• 1.6.1 主要研究内容19-20
• 1.6.2 技术路线20-22
• 2 试验材料及研究方法22-27
• 2.1 试验材料研制22-24
• 2.1.1 合金成分设计22
• 2.1.2 合金熔炼实验22-23
• 2.1.3 成分测试23
• 2.1.4 均匀化处理23
• 2.1.5 热挤压实验23-24
• 2.2 力学性能测试24-25
• 2.3 物相及组织分析25-26
• 2.3.1 物相分析（XRD）25
• 2.3.2 OM分析25-26
• 2.3.3 SEM分析26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 超声处理对Mg-6Zn-0.5Y-2Sn镁合金组织及性能的影响27-45
• 3.1 引言27
• 3.2 Mg-6Zn-0.5Y-2Sn镁合金的化学成分及超声处理功率27-28
• 3.3 超声处理对铸态Mg-6Zn-0.5Y-2Sn镁合金组织及性能的影响28-36
• 3.3.1 不同超声处理功率对铸态Mg-6Zn-0.5Y-2Sn合金显微组织的影响28-33
• 3.3.2 不同超声处理功率对铸态Mg-6Zn-0.5Y-2Sn合金力学性能的影响33-34
• 3.3.3 断口形貌分析34-36
• 3.4 超声处理对挤压态Mg-6Zn-0.5Y-2Sn合金组织及性能的影响36-43
• 3.4.1 不同超声处理功率对挤压态Mg-6Zn-0.5Y-2Sn合金显微组织的影响36-40
• 3.4.2 不同超声处理功率对挤压态Mg-6Zn-0.5Y-2Sn合金力学性能的影响40-42
• 3.4.3 断口形貌分析42-43
• 3.5 本章小结43-45
• 4 超声处理对AZ80-4Sn镁合金组织及性能的影响45-62
• 4.1 引言45
• 4.2 AZ80-4Sn合金的化学成分及超声处理功率45
• 4.3 超声处理对铸态AZ80-4Sn合金组织及性能的影响45-52
• 4.3.1 熔体超声处理对铸态AZ80-4Sn合金显微组织的影响45-50
• 4.3.2 熔体超声处理对铸态AZ80-4Sn合金力学性能的影响50
• 4.3.3 断口形貌分析50-52
• 4.4 超声处理对挤压态AZ80-4Sn合金组织及性能的影响52-59
• 4.4.1 熔体超声处理对挤压态AZ80-4Sn合金显微组织的影响52-56
• 4.4.2 熔体超声处理对挤压态AZ80-4Sn合金力学性能的影响56-58
• 4.4.3 断口形貌分析58-59
• 4.5 本章小结59-62
• 5 结论与展望62-65
• 5.1 结论62-63
• 5.2 展望63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-71
• 附录71
• A. 作者在攻读硕士研究生期间发表的论文71

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本文编号：1118957