低成本耐热稀土镁合金的组织及性能研究

发布时间：2017-11-01 21:31

  本文关键词：低成本耐热稀土镁合金的组织及性能研究

  更多相关文章： 低成本 AZ91-X合金 Mg-4Sm-3Nd(-1Gd-1Zn)-1Zr合金 显微组织 力学性能

【摘要】：镁合金虽具有密度低、比强度高、减振性能好等一系列优点,但其高温力学性能差,严重制约镁合金的应用范围。加入价格昂贵的Ag、Th等合金元素可有效改善镁合金的耐热性能,但制备此种镁合金成本过高,难以为汽车工业所接受。因此开发成本低、高温力学性能良好的耐热镁合金成为镁合金研究领域的一个重要方向。针对上述问题,本论文以AZ91、WE43两种常见的商用镁合金为研究对象,设计两种思路来开发低成本的耐热镁合金:1.AZ91合金组织改良。本实验向AZ91镁合金中加入微量、价格相对低廉的La、Ce稀土元素。此外,还加入少量的Ca、Si元素,降低单一稀土元素添加后的成本。后续采用固溶时效及挤压变形处理提高合金的高温力学性能。实验结果表明:La、Ce和Ca、Si元素的加入有效细化铸态AZ91-X合金的组织。室温拉伸时,挤压时效峰值态AZ91-X合金的抗拉强度为370MPa,比挤压态AZ91合金提高18%,而挤压态AZ91-X合金的抗拉强度为320MPa,仅比挤压态AZ91合金提高2%。高温拉伸时,挤压态AZ91-X合金的抗拉强度以及屈服强度要比挤压时效峰值态AZ91-X合金高,断裂延伸率相对较低。2.WE43合金元素替换改良。使用低成本Sm元素替代WE43合金中价格相对高昂的Y元素,制备出Mg-4Sm-3Nd-Zr合金。此外,为了对合金进一步改良优化,在Mg-4Sm-3Nd-Zr合金的基础上添加少量的Gd及Zn元素,研究其对合金铸态、时效态的显微组织以及力学性能的影响。实验结果表明:单纯将低成本Sm元素替代WE43中的Y元素得到的Mg-4Sm-3Nd-1Zr合金铸态以及时效峰值态的力学性能不如WE43合金。少量的Gd、Zn元素加入到Mg-4Sm-3Nd-1Zr合金中,时效强化效果增加,时效峰值态Mg-4Sm-3Nd-1Gd-1Zn-1Zr合金在300℃高温拉伸时抗拉强度和屈服强度分别为223MPa、148MPa,比WE43合金的抗拉强度及屈服强度高,表现出非常好的耐热性能。
【关键词】：低成本 AZ91-X合金 Mg-4Sm-3Nd(-1Gd-1Zn)-1Zr合金 显微组织 力学性能
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 选题背景10-11
• 1.2 镁及镁合金的概述11-13
• 1.2.1 镁的概述11
• 1.2.2 镁合金的概述11-13
• 1.3 耐热镁合金13-16
• 1.3.1 耐热镁合金分类13-15
• 1.3.2 耐热镁合金的发展史15-16
• 1.4 镁合金高温变形机制和耐热强化机理16-18
• 1.4.1 镁合金高温变形机制16
• 1.4.2 镁合金耐热强化机理16-18
• 1.5 稀土镁合金18-19
• 1.5.1 稀土元素18
• 1.5.2 稀土元素在镁合金中的作用18-19
• 1.6 课题研究19-22
• 1.6.1 课题研究意义19-20
• 1.6.2 课题研究内容20-22
• 第2章 实验内容及实验方案22-28
• 2.1 技术路线22-23
• 2.2 镁合金的设计23-24
• 2.3 合金的熔炼24-25
• 2.4 合金的热处理以及挤压变形25-26
• 2.4.1 合金的热处理25
• 2.4.2 合金的挤压变形25-26
• 2.5 合金的组织观察及分析26
• 2.5.1 金相组织观察26
• 2.5.2 X射线衍射分析26
• 2.5.3 扫描电镜观察26
• 2.5.4 透射电镜观察26
• 2.6 合金的力学性能测试26-28
• 2.6.1 硬度测试26-27
• 2.6.2 拉伸测试27-28
• 第3章 AZ91-X合金组织与性能研究28-52
• 3.1 铸态AZ91-X合金显微组织分析28-33
• 3.2 固溶态AZ91-X合金显微组织分析33-36
• 3.3 时效态AZ91-X合金显微组织与力学性能36-40
• 3.3.1 时效态AZ91-X合金显微组织分析36-39
• 3.3.2 时效态AZ91-X合金力学性能分析39-40
• 3.4 挤压态AZ91-X合金及其时效后显微组织与力学性能40-51
• 3.4.1 挤压态AZ91-X合金显微组织分析40-43
• 3.4.2 挤压态AZ91-X合金时效后显微组织分析43-45
• 3.4.3 挤压态AZ91-X合金及其时效后的力学性能分析45-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第4章 Mg-4Sm-3Nd-(1Gd-1Zn)-1Zr合金组织与性能研究52-72
• 4.1 铸态合金显微组织及其力学性能分析52-60
• 4.1.1 铸态合金显微组织分析52-57
• 4.1.2 铸态合金力学性能分析57-60
• 4.2 固溶态合金显微组织分析60-62
• 4.3 时效态合金显微组织及其力学性能分析62-70
• 4.3.1 时效态合金显微组织分析62-65
• 4.3.2 时效态合金的力学性能分析65-70
• 4.4 本章小结70-72
• 第5章 结论72-74
• 参考文献74-80
• 致谢80

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本文编号：1128652