微合金化元素对Mg-RE-Zn合金组织和力学性能的影响

发布时间：2018-06-19 22:21

  本文选题：镁合金 + 微合金化　； 参考：《重庆大学》2016年硕士论文

【摘要】：随着航天航空飞行器、武器装备等日益轻量化、高速化和大功率化,新型轻质材料的开发变得尤为重要。镁合金作为在实际应用中最轻的金属结构材料,在国民经济和国防建设中有着重大需求。然而在镁合金的研究与应用中存在的强度较低、韧性差等基础问题,依然制约着高性能镁合金的开发与应用。在航空飞行器、武器装备以及精密仪器等的关键承力件中,现有镁合金的强度还不能完全满足其要求。因此高强镁合金已经是目前国防军工、航天航空及现代工业发展中紧迫需求之一。Mg-RE-Zn系合金由于LPSO相和沉淀硬化相的复合强化,展现出了优异的力学性能。然而目前,针对Mg-RE-Zn系合金的开发与应用还比较单一,主要是通过Zn含量来控制合金中特殊结构相的体积分数,并结合RE元素含量的变化调整特殊结构相与沉淀析出相的比例,达到不同的强化效果。微合金化在金属材料的研发过程中具有重要意义,无论是传统的钢铁材料,还是有色金属,微合金化是一种提高合金性能的有效手段,然而有关微合金化对Mg-RE-Zn系合金组织和性能的研究鲜有报道。因此,本文针对Mg-RE-Zn系合金中不同强化相的特点,通过微合金化手段调控它们的析出行为,以期进一步提高该体系合金的力学性能,使其在更多领域得到应用。首先,我们研究了晶粒细化元素Mn、Zr对Mg-9Gd-4Y-1Zn合金组织和力学性能的影响,微量的Mn、Zr元素可以细化合金的铸态组织,且不改变合金的第二相组成。Mn元素可以有效的促进合金的动态再结晶过程,而含Zr元素的合金组织中存在大量的富Zr环,合金易出现脆断现象。时效态Mg 9Gd 4Y 1Zn 0.8Mn合金的抗拉强度为475MPa,断后延伸率为6%。其次,我们研究了Sn、Al元素对Mg-9Y-5Zn合金中LPSO相形貌的调控。微量Sn元素可以促进杆状、层状LPSO相的析出,Al元素会抑制杆状LPSO相的析出,略微促进层状LPSO相的形成。挤压过程中,杆状、层状LPSO相促进了扭折变形晶粒的形成,提高了合金的强度。挤压态Mg-9Y-5Zn-1Sn合金的抗拉强度为420MPa,断后延伸率为10%。接着,我们研究了不同Sn含量对Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.8Mn合金组织和力学性能的影响。加入微量Sn元素后,合金的第二相组成不发生变化,随着Sn含量增加,Sn4(Gd,Y)5相析出并增加。退火处理后,含Sn元素的的合金中析出了层状LPSO相,促进了挤压态合金中扭折变形晶粒的形成。挤压态Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.8Mn-0.5Sn合金的抗拉强度达到412MPa,断后伸长率为15.6%。时效处理后,合金的抗拉强度达到502MPa、断后伸长率为6%。然后,我们研究了Ag、Nd对Mg-9Gd-4Y合金组织和力学性能的影响。Ag、Nd元素可以有效的促进Mg-9Gd-4Y合金的时效硬化效果,加入1%Nd元素后,合金的时效峰值硬度由122HV提高到127HV,对应合金的强度由435MPa提高到458MPa。加入1%Ag元素后,合金的时效峰值硬度由122HV提高到134HV,对应的合金强度由435MPa提高到485MPa。最后,我们研究了不同Ag含量对Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.8Mn合金组织和力学性能的影响。Ag元素可以促进Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.8Mn合金中层状LPSO相以及白色条状的含Ag元素的LPSO相析出。挤压态Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.8Mn-1.5Ag合金的抗拉强度达到440MPa、屈服强度达到345MPa。Ag元素的加入显著提高了合金的时效硬化效果,当Ag含量达到1.5%时,合金的时效峰硬度达到136HV,对应合金的抗拉强度达到540MPa,断后延伸率超过9%。
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本文编号：2041557