Zn对Mg-9Gd-3Y-0.5Zr铸造镁合金微观组织与力学性能的影响

发布时间：2020-04-29 10:42

【摘要】：Mg-9Gd-3Y-0.5Zr合金作为近年来开发的高强耐热镁稀土合金,具有良好的室温及高温力学性能,在航空航天等领域有着广阔的应用前景。目前,Mg-9Gd-3Y-0.5Zr合金的性能已经能满足部分领域结构件的应用要求,但其较低的延伸率限制了其进一步的推广应用,因此探寻提高Mg-9Gd-3Y-0.5Zr合金力学性能的方法就显得尤为重要。很多研究报道,Zn作为合金化元素可以有效提升镁稀土合金的力学性能,特别是延伸率,但关于Zn(特别是微量Zn,低于1.5wt%)对Mg-9Gd-3Y-0.5Zr合金性能影响的研究报道还很少。因此研究微量Zn的添加对Mg-9Gd-3Y-0.5Zr合金微观组织与力学性能的影响十分必要。本文采用重力金属型铸造方法制备出不同Zn含量的Mg-9Gd-3Y-xZn-0.5Zr(x=0、0.2、0.5、1.0和1.5wt%)合金,系统地研究了合金微观组织、力学性能及拉伸断裂行为的变化规律,优化出合金的热处理工艺,进一步优化出Zn元素的含量。由于航空航天等领域的结构件往往需要承受循环载荷,因此在优化Zn含量的基础上继续探究了合金的高周疲劳行为。研究结果表明,铸态合金组织主要由α-Mg基体及共晶相构成,随着Zn含量的提升,共晶相成分由Mg_(24)(Gd,Y)_5逐渐变为(Mg,Zn)_3(Gd,Y)。Zn的添加在α-Mg基体内引入了精细层状组织,其体积分数随Zn含量的提升而增加。Zn的添加可以有效增强铸态合金的力学性能,其中Zn含量为0.5wt%时,合金性能最好,屈服强度、抗拉强度及延伸率分别为158MPa、248MPa及7.2%。本文优化了不同Zn含量合金的热处理工艺,其中Zn含量为0.5wt%合金的热处理工艺为:500°C固溶6h,225°C时效16h。固溶处理后,含0-0.2wt%Zn合金中共晶相基本固溶进α-Mg基体里,含0.5-1.5 wt%Zn合金中有少部分X相。T4态合金的屈服强度、抗拉强度及延伸率均随Zn含量增加呈先上升后下降的趋势,当Zn含量为0.5wt%时,合金的综合力学性能最佳。在峰时效状态下,随Zn含量的增加,合金的屈服强度及抗拉强度呈先增加后降低的趋势,而延伸率则不断增加。含0.5wt%Zn合金拥有最佳的综合力学性能,屈服强度、抗拉强度及延伸率分别为244MPa、371MPa及3.8%。Zn含量大于1wt%时,由于合金内大量LPSO结构阻碍了强化相的时效析出,导致其较弱的时效强化效果。选择综合性能较高的含0-0.5wt%Zn三种合金进行高周疲劳试验,发现不同成分下铸态和T6态合金的S-N曲线都有着相同的走向趋势,T6热处理可以有效提升合金的疲劳强度。在铸态和T6态下,含0.5wt%Zn合金均拥有最高的疲劳强度,分别为90MPa和120MPa。此外,本文还对合金的拉伸断裂行为及疲劳断裂行为进行探究。铸态合金拉伸断裂形式以穿晶断裂为主,共晶相是主要裂纹源;固溶及时效热处理后,合金的拉伸断口主要表现为准解理断裂。合金疲劳裂纹扩展总体上均以穿晶扩展为主。
【图文】：

2图 1-1 地壳中稀土元素分布随原子序数变化图[16]Fig. 1-1 Spread of RE elements in the earth’s crust

6图 1-2 Mg-Gd 二元相图[38]Fig. 1-2 Mg-Gd binary phase diagram[38]its 等[39]人研究报道，，二元 Mg-22Gd 合金在室温下抗拉强度可达 400
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22

【参考文献】

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本文编号：2644490