细晶粒Mg-5Zn-1Mn-xSn镁合金板材组织、性能及焊接行为研究

发布时间：2017-03-24 03:02

  本文关键词：细晶粒Mg-5Zn-1Mn-xSn镁合金板材组织、性能及焊接行为研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：ZM(Mg-Zn-Mn)系镁合金是一种可热处理强化的高强镁合金,与ZK系(Mg-Zn-Zr)相比,其性能相当,但成本更低。然而ZM系镁合金的发展仍然受到晶粒粗大、塑性较低、耐热性能差及热裂倾向大等缺陷的制约。并且高强镁合金一般都具有较高的Zn含量,导致高强镁合金具有十分差的焊接性。晶粒细化及合金化是改善镁合金综合力学性能的有效措施,同时采用激光焊接方法也可以有效改善镁合金焊接难的问题。本论文以ZM51(Mg-5Zn-1Mn)合金为研究对象,研究了少量Sn元素添加对ZM51合金板材显微组织及力学性能的影响。并对ZM51-xSn板材的焊接性进行了研究,研究结果如下：(1)少量Sn元素的添加可以有效地细化ZM51合金的铸态组织,改变合金中第二相的组成、分布及形貌。ZM51-xSn合金的相组成主要为α-Mg、Mg7Zn3. MgZn2及Mg2Sn。随着Sn含量的增加,晶界上的Mg7Zn3相的尺寸减小,同时颗粒状的Mg2Sn相的数量不断增多。(2)Sn元素的添加能够有效促进高应变速率轧制过程中的动态再结晶过程,并且有效地提高镁合金板材的综合力学性能。Sn元素通过细化初始晶粒、降低层错能的形式促进再结晶。同时生成的Mg2Sn相可以作为再结晶晶粒的形核质点,从而细化再结晶组织。当轧制温度为350℃,Sn添加量为0.6%wt时,轧制板材表现出最优的力学性能,其抗拉强度及延伸率分别为337MPa和21%。(3) ZM51-0.6Sn焊接接头半熔化区内存在有两种液化现象,一种为沿品界分布的液化现象,另一种为液化熔池现象。前者主要由基体熔化机制及偏析诱导液化机制导致,后者是由大尺寸的残余MgZn相液化导致产生。(4) ZM51-0.6Sn合金板材具有很高的抗裂纹敏感性,在焊接接头中并没有发现明显的宏观裂纹的存在。焊接接头的半熔化区内存在有显微裂纹及空穴,但是由于母材晶粒尺寸细小、低熔点第二相细小弥散,再加上激光焊焊接热输入低,显微裂纹及空穴并没有扩展成为宏观裂纹。(5)Sn含量的添加对于焊接接头的组织及性能具有一定的影响,随着Sn含量的增加,焊接接头熔池区内第二相的数量逐渐增多且晶粒尺寸不断减小,半熔化区液化程度也随着Sn含量的增加而降低。同时,焊接接头的强度及延伸率也随着Sn含量的提升出现了小幅度的提升。
【关键词】：Mg-Zn-Mn-Sn合金 高应变速率轧制 动态再结晶 光纤激光焊 液化机制 裂纹敏感性
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22;TG457.19
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第一章 绪论14-29
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 Mg-Zn系镁合金的研究进展15-19
• 1.2.1 Mg-Zn-Zr合金16-17
• 1.2.2 Mg-Zn-Mn合金17-18
• 1.2.3 Mg-Zn-Sn合金18
• 1.2.4 Mg-Zn-Cu合金18-19
• 1.3 镁合金板材轧制技术的研究现状19-22
• 1.3.1 常规轧制19
• 1.3.2 异步轧制19-20
• 1.3.3 等径角轧制20-21
• 1.3.4 高应变速率轧制21-22
• 1.4 Mg-Zn系镁合金激光焊接技术的研究22-27
• 1.4.1 Mg-Zn系镁合金的可焊性22-23
• 1.4.2 镁合金激光焊接工艺研究23-24
• 1.4.3 镁合金激光焊接常见缺陷24-27
• 1.5 本研究的目的、意义和主要内容27-29
• 第二章 实验过程29-35
• 2.1 实验流程29
• 2.2 镁合金合金板材的制备29-31
• 2.2.1 镁合金铸锭的制备29-31
• 2.2.2 均匀化工艺31
• 2.2.3 板材的制备31
• 2.3 焊接实验31-32
• 2.3.1 焊接设备31
• 2.3.2 焊接夹具及气体保护31-32
• 2.3.3 焊前准备32
• 2.3.4 焊接流程32
• 2.4 微观组织分析及相组成32-33
• 2.5 力学性能测试33-34
• 2.6 裂纹敏感性实验34-35
• 第三章 细晶粒Mg-5Zn-1Mn-xSn镁合金组织与性能的研究35-55
• 3.1 引言35
• 3.2 Mg-5Zn-1Mn-xSn合金铸态组织及相组成35-40
• 3.2.1 铸态合金的相组成35-36
• 3.2.2 铸态合金的微观组织36-40
• 3.3 Mg-5Zn-1Mn-xSn合金均匀化态的微观组织40-41
• 3.4 Sn含量对Mg-5Zn-1Mn合金轧制态组织及性能的影响41-49
• 3.4.1 轧制态合金的微观组织41-46
• 3.4.2 轧制态合金的室温力学性能46-48
• 3.4.3 断口分析48-49
• 3.5 轧制温度对Mg-5Zn-1Mn-0.6Sn合金板材组织及性能的影响49-53
• 3.5.1 显微组织49-51
• 3.5.2 力学性能51-53
• 3.5.3 断口分析53
• 3.6 本章小结53-55
• 第四章 Mg-5Zn-1Mn-xSn细晶板材激光焊接及热裂行为研究55-80
• 4.1 引言55
• 4.2 焊接母材的微观组织及力学性能55-56
• 4.3 焊接工艺参数对焊接接头宏观形貌的影响56-58
• 4.4 焊接工艺对焊接接头微观组织的影响58-64
• 4.4.1 焊接接头的组织特征58-59
• 4.4.2 焊接工艺对熔池区组织的影响59-61
• 4.4.3 焊接工艺对半熔化区组织的影响61-63
• 4.4.4 焊接工艺对热影响区组织的影响63-64
• 4.5 焊接接头半熔化区液化机理及热裂性分析64-72
• 4.5.1 半熔化区液化现象及机理分析64-69
• 4.5.2 焊接接头热裂性分析69-72
• 4.6 焊接工艺对接头力学性能的影响72-74
• 4.7 Sn含量对接头组织及性能的影响74-78
• 4.8 本章小结78-80
• 结论80-81
• 参考文献81-90
• 致谢90-91
• 附录A (攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录)91

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本文编号：264967