Sn对ZM61合金热加工性及高温力学性能的影响

发布时间：2017-04-09 08:06

  本文关键词：Sn对ZM61合金热加工性及高温力学性能的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文利用金相组织观察(OM),X射线衍射分析(XRD),扫描电子显微观察(SEM),能谱分析(EDS),热压缩模拟实验和高温拉伸实验等方法,系统的研究了Sn含量对ZM61变形镁合金显微组织,热加工性,高温力学性能和断裂机制的影响。利用Gleeble-1500热模拟压缩实验机对均匀化态ZM61-4Sn合金的热加工性进行了研究,分析了变形温度和应变速率对合金流变应力和显微组织的影响,计算了合金的变形激活能和应力指数,建立了合金的本构方程,绘制了应变为0.3和0.6时的热加工工艺图。利用电子万能实验机测试了挤压态和时效态ZM61-xSn(x=0、2、4、6、8、10,wt.%)合金的高温力学性能,研究了Sn含量对实验合金高温力学性能的影响。利用扫描电子显微镜对高温拉伸后的断口进行观察,分析了Sn含量对合金高温断裂机制的影响。研究结果表明:热压缩变形过程中,均匀化态ZM61-4Sn合金具有稳态流变特征,流变应力随变形程度的增加先增大后减小直到某一稳态值,表现出明显的动态再结晶特征。得出动态再结晶激活能Q=259.2KJ/mol,应力常数n=12.47,平均应力因子α=0.013,流变应力方程:·e=7.81×1023[sinh(0.013σ)]9.602exp(259.2/RT)。绘制出了合金应变为0.3和0.6时的加工图,结合加工图和显微组织分析得出合金的最优加工工艺区间:320~400℃,0.001~0.031s~(-1)。挤压态ZM61-xSn合金主要由α-Mg、α-Mn、Mg7Zn3、Mg2Sn和MgZn2相组成。Sn元素可细化合金显微组织,ZM61-xSn(x=0、2、4、6、8、10,wt.%)合金挤压态的平均晶粒尺寸分别为15、11、8、5、4和3μm。实验合金的高温强度随Sn含量的增多先增大后减小,ZM61-4Sn合金具有最优的高温力学性能。180℃拉伸时,ZM61-4Sn合金的抗拉强度为216MPa,比ZM61合金增加了59MPa。ZM61-xSn合金挤压态延伸率随Sn含量的增加不断升高,拉伸温度为300℃时,挤压态ZM61-xSn(x=0、2、4、6、8、10,wt.%)合金的延伸率分别为113.8%、183.8%、235.8%、260.5%、258.6%和265.5%。实验合金的断裂类型为韧性断裂,断口形貌主要由韧窝、撕裂棱、第二相颗粒和孔洞缺陷组成。随拉伸温度升高,韧窝由小而浅变得大而深,第二相颗粒数量逐渐减少,孔洞缺陷数量逐渐增多。时效态ZM61-xSn合金的相组成为α-Mg、α-Mn、MgZn2和Mg2Sn相。随Sn含量增多,合金显微组织的细化效果增强,ZM61-x Sn(x=0、2、4、6、8、10,wt.%)合金经固溶时效处理后平均晶粒尺寸分别为59、51、48、42、25和19μm。添加Sn元素可改善析出强化效果,使合金的高温强度提高,但Sn含量过多时,在合金中形成块状Mg2Sn相,会降低析出强化效果。对于时效态ZM61-x Sn合金,当Sn含量为6%时,强度最高。180℃拉伸时,ZM61-6Sn合金的抗拉强度和屈服强度分别为273 MPa和256MPa比ZM61合金分别提高了42MPa和49MPa。ZM61-xSn合金时效态的延伸率随Sn含量增多逐渐降低,300℃拉伸时,时效态ZM61-xSn(x=0、2、4、6、8、10,wt.%)合金的延伸率分别为38.5%、14.6%、13.7%、9.6%、7.9%和6.9%。主要由于随Sn含量增多,时效后大量块状第二相沿晶界析出,降低了晶界结合力,导致合金高温延伸率大大降低。ZM61合金在180~300℃温度范围内拉伸时的断裂机制均为穿晶断裂,断口主要由解理刻面、撕裂棱和韧窝组成。添加Sn元素使合金断裂机制发生改变,当拉伸温度低于220℃时,合金为穿晶断裂,当拉伸温度超过220℃后,合金断裂机制为穿晶断裂与沿晶断裂的混合,断口主要由撕裂棱、韧窝和第二相颗粒组成。
【关键词】：Mg-Zn-Mn-Sn合金 热加工性 显微组织 高温力学性能 断裂机制
【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
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 镁及镁合金的特点10-11
• 1.2 合金元素对镁合金的影响11-12
• 1.3 耐热镁合金的研究现状12-17
• 1.3.1 Mg-Al系耐热镁合金13-14
• 1.3.2 Mg-Zn系耐热镁合金14-16
• 1.3.3 Mg-RE系耐热镁合金16-17
• 1.4 镁合金的塑性变形机制17-19
• 1.4.1 滑移17
• 1.4.2 孪生17-18
• 1.4.3 晶界滑移18-19
• 1.5 加工图概述19-21
• 1.5.1 加工图的发展历史19-20
• 1.5.2 加工图原理20-21
• 1.6 课题研究目的、意义及内容21-24
• 1.6.1 研究目的21
• 1.6.2 研究意义21
• 1.6.3 研究内容21-24
• 2 实验材料及研究方法24-32
• 2.1 技术路线24
• 2.2 实验合金的成分设计24-25
• 2.3 实验合金的制备25-26
• 2.3.1 合金的熔炼25
• 2.3.2 成分测试25-26
• 2.3.3 均匀化处理26
• 2.4 挤压实验26-27
• 2.4.1 挤压设备26
• 2.4.2 挤压工艺26-27
• 2.5 热压缩实验27-29
• 2.6 热处理实验29
• 2.6.1 固溶处理29
• 2.6.2 时效处理29
• 2.7 高温力学性能实验29-30
• 2.8 组织分析30-32
• 2.8.1 物相分析（XRD）30
• 2.8.2 金相组织分析30-31
• 2.8.3 扫描组织分析（SEM）31-32
• 3 Mg-Zn-Mn-Sn系合金热加工性研究32-48
• 3.1 前言32
• 3.2 压缩试样宏观分析32-33
• 3.3 应力-应变曲线分析33
• 3.4 变形条件对流变应力的影响33-35
• 3.4.1 变形温度对流变应力的影响34-35
• 3.4.2 流变速率对流变应力的影响35
• 3.5 ZM61-4Sn合金热压缩本构关系35-39
• 3.5.1 本构方程的提出35-36
• 3.5.2 本构方程系数求解36-37
• 3.5.3 本构方程的得出37-39
• 3.6 变形条件对显微组织的影响39-43
• 3.6.1 变形温度对显微组织的影响39-42
• 3.6.2 应变速率对显微组织的影响42-43
• 3.7 热加工性判断43-46
• 3.7.1 热加工图的提出43-44
• 3.7.2 实验合金热加工性判断44-46
• 3.8 本章小结46-48
• 4 Sn对挤压态ZM61合金高温拉伸性能的影响48-66
• 4.1 显微组织分析48-54
• 4.1.1 铸态合金显微组织48-50
• 4.1.2 挤压态合金显微组织50-54
• 4.2 挤压态合金高温力学性能54-63
• 4.2.1 应力应变曲线分析54-55
• 4.2.2 力学性能分析55-56
• 4.2.3 断裂机制研究56-63
• 4.3 本章小结63-66
• 5 Sn对时效态ZM61合金高温拉伸性能的影响66-80
• 5.1 显微组织分析66-68
• 5.2 力学性能68-70
• 5.3 断裂机制70-77
• 5.4 本章小结77-80
• 6 本文结论80-82
• 致谢82-84
• 参考文献84-90
• 附录 作者在攻读期间发表的论文目录90

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本文编号：294799