Mg-Zn系镁合金的增强增塑机理及取向行为研究
发布时间：2021-01-01 21:26
作为密度最低的金属工程材料,镁合金在轻量化领域赢得了广泛的关注。但是,室温成形差及绝对强度低限制了镁合金的应用。此外,镁合金在塑性变形及再结晶过程中存在的取向性,使镁合金板材呈现出力学性能各向异性及强基面织构特征,进一步局限了镁合金板材的二次加工。因此,本文的研究重点集中于镁合金板材的成分及制备优化从而同时提升力学性能及室温成形性能,并研究静态再结晶过程及塑性变形的取向行为。为了同时提升镁合金板材的力学性能和成形性能,本文通过多元低合金化及铸轧工艺制备了新型Mg-2Zn镁合金板材（TRC-ZA21）,并获得了相应的力学性能及室温成形性能。对比常规铸造的Mg-2Zn（IC-Z2）合金及常规铸造的合金化Mg-2Zn（IC-ZA21）合金,基于制备过程中微观组织演变以及第二相析出行为的研究,分析了合金化及铸轧工艺对微观组织的影响,从而揭示了强化机制及力学性能各向异性的影响因素。结果表明:相较于IC-Z2合金板材,TRC-ZA21镁合金板材的力学性能和成形性能同时提升,其轧向屈服强度及室温Erichsen值分别提升了 41.7%和60.6%,达到了 201.2 MPa和6.23 mm。合金元素...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：195 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１纯镁的晶格结构??
８％。??燃油利用率也可以提高６？８％［２２］。２０１５年以后，包括大众、奥迪、福特、通??用在内的国际大型汽车品牌都重新考虑在车体上应用镁合金，尤其是作为潜??在结构件应用。２０１７年，通用生成的镁合金侧车门获得了国际镁协优质铸件??奖。国内，江淮汽车也成功制备了镁合金的车门内板。目前，镁合金零部件??在车体上己经或可能应用的部位主要分为两类。其一，如方向盘、仪表盘、??座椅骨架、中控台、发动机架、制动踏板等支架类；其二，前端结构、汽缸??盖、油底壳、变速箱、汽车内板等壳体类（如图２－２所示）。此外，镁合金的??轻量化效应也可以应用于汽车车轮轮毂上，减重效果还要优于车身减重。虽??然，现阶段镁合金在商业汽车领域的应用仍然受到限制，整体用量较少。但??是，伴随着轻量化和集成化的趋势，镁合金成为汽车领域的可选择材料是一??个必然的潮流｜２３］。??Ｍｊｘｒｒｃ?＾??麵零＿團一，??图２－２镁合金在汽车行业领域应用实例图??（２）镁合金在航空航天及国防工业领域的应用??在航空航天领域，减重所带来的经济效益和性能提升效果要远高于汽车??领域。减重相同质量，商用飞机所节省的燃油费用可达到汽车节省费用的丨００??－５?－??
倍，而因此改善的机动性可??以提升其战斗力和生存能力。因此，若镁合金作为航空航天及国防工业领域??的轻量化材料不仅可以提高经济性还可以增强实战性能。目前，镁合金可以??应用于飞机、导弹、飞船及卫星上的重要机械装备零部件，从而减轻质量，??提升机动性能，降低经济成本［２４］。２０世纪５０年代，我国仿制的飞机和导弹??的蒙皮、框架和发动机机匣等部位就已采用了稀土镁合金。而经过航空航天??技术的发展，７０年代后强击机、直升机、导弹、卫星等武器装备上，镁合金??均得到了逐步的推广及应用（如图２－３所示），高强铸造镁合金常用于航空发??动机、直升机传动系统等零部件。此外，欧、美、俄在其导弹系统中也大量??应用了高性能镁合金材料。如英国Ｂｌｏｏｄｈｏｕｎｄ?ＭＫ－２地空导弹舱体采用新型??耐热镁合金铸件和锻件，美国“大力神”火箭也使用了?６００?ｋｇ变形镁合金。??图２－３镁合金在航空航天领域应用实例图??（ａ）导弹舱体；（ｂ）某对空导弹??（３）镁合金在生物医学领域的应用??目前，临床应用的金属材料多属于惰性金属，其中包括不锈钢、钛合金??等。随着医疗观念的转变，对人体植入材料的需求也发生了改变，开始期待??植入材料于人体内呈暂时性地存在，在后续组织修复过程中，植入材料完成??力学及生物学作用后通过降解被人体吸收。因此，作为可降解元素的镁合金??在生物医学领域成为了研宄热点。而镁合金作为可降解植入材料，不会引起??急性反应，也没有发现明显的炎症反应，还可以促进愈合过程。如图２－４所??示为医用镁合金的合金元素选择依据，表明镁合金在生物医学应用中还需注??意三大重要问题［２５］。其一，生物相容性。降解后的镁合金元素会释放到体液
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effects of Mg17Al12 second phase particles on twinning-induced recrystallization behavior in Mg–Al–Zn alloys during gradient hot rolling[J]. Zhong-Zheng Jin,Xiu-Ming Cheng,Min Zha,Jian Rong,Hang Zhang,Jin-Guo Wang,Cheng Wang,Zhi-Gang Li,Hui-Yuan Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(09)
[2]Strain hardening of as-extruded Mg-xZn（x=1, 2, 3 and 4 wt%） alloys[J]. Chaoyue Zhao,Xianhua Chen,Fusheng Pan,Jingfeng Wang,Shangyu Gao,Teng Tua,Chunquan Liu,Jiahao Yao,Andrej Atrens. Journal of Materials Science & Technology. 2019(01)
[3]热处理工艺对Mg-6Zn-3Al镁合金显微组织和力学性能的影响[J]. 张玉,黄晓锋,郭峰,李元东,毕广利,马颖,郝远. 中国有色金属学报. 2018(06)
[4]Effect of Nd on microstructure and mechanical properties of as-extruded Mg-Y-Zr-Nd alloy[J]. Xiaoyang Xu,Xianhua Chen,Weiwei Du,Yuxiao Geng,Fusheng Pan. Journal of Materials Science & Technology. 2017(09)
[5]纳米压痕法分析ECAP变形工业纯钛的力学性能[J]. 刘晓燕,赵西成,杨西荣,贾江平. 稀有金属材料与工程. 2017(03)
[6]处在变革中的医用金属材料[J]. 郑玉峰,吴远浩. 金属学报. 2017(03)
[7]高性能铸造稀土镁合金的发展[J]. 陈巧旺,汤爱涛,许婷熠,王玉容,叶俊华,潘复生. 材料导报. 2016(17)
[8]镁合金在航空航天领域研究应用现状与展望[J]. 吴国华,陈玉狮,丁文江. 载人航天. 2016(03)
[9]导热镁合金的研究与开发现状[J]. 王春明,陈云贵,肖素芬. 稀有金属材料与工程. 2015(10)
[10]变形镁合金室温应变硬化行为的研究进展[J]. 宋波,辛仁龙,郭宁,刘婷婷,杨青山. 中国有色金属学报. 2014(11)
本文编号：2952021
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：195 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１纯镁的晶格结构??
８％。??燃油利用率也可以提高６？８％［２２］。２０１５年以后，包括大众、奥迪、福特、通??用在内的国际大型汽车品牌都重新考虑在车体上应用镁合金，尤其是作为潜??在结构件应用。２０１７年，通用生成的镁合金侧车门获得了国际镁协优质铸件??奖。国内，江淮汽车也成功制备了镁合金的车门内板。目前，镁合金零部件??在车体上己经或可能应用的部位主要分为两类。其一，如方向盘、仪表盘、??座椅骨架、中控台、发动机架、制动踏板等支架类；其二，前端结构、汽缸??盖、油底壳、变速箱、汽车内板等壳体类（如图２－２所示）。此外，镁合金的??轻量化效应也可以应用于汽车车轮轮毂上，减重效果还要优于车身减重。虽??然，现阶段镁合金在商业汽车领域的应用仍然受到限制，整体用量较少。但??是，伴随着轻量化和集成化的趋势，镁合金成为汽车领域的可选择材料是一??个必然的潮流｜２３］。??Ｍｊｘｒｒｃ?＾??麵零＿團一，??图２－２镁合金在汽车行业领域应用实例图??（２）镁合金在航空航天及国防工业领域的应用??在航空航天领域，减重所带来的经济效益和性能提升效果要远高于汽车??领域。减重相同质量，商用飞机所节省的燃油费用可达到汽车节省费用的丨００??－５?－??
倍，而因此改善的机动性可??以提升其战斗力和生存能力。因此，若镁合金作为航空航天及国防工业领域??的轻量化材料不仅可以提高经济性还可以增强实战性能。目前，镁合金可以??应用于飞机、导弹、飞船及卫星上的重要机械装备零部件，从而减轻质量，??提升机动性能，降低经济成本［２４］。２０世纪５０年代，我国仿制的飞机和导弹??的蒙皮、框架和发动机机匣等部位就已采用了稀土镁合金。而经过航空航天??技术的发展，７０年代后强击机、直升机、导弹、卫星等武器装备上，镁合金??均得到了逐步的推广及应用（如图２－３所示），高强铸造镁合金常用于航空发??动机、直升机传动系统等零部件。此外，欧、美、俄在其导弹系统中也大量??应用了高性能镁合金材料。如英国Ｂｌｏｏｄｈｏｕｎｄ?ＭＫ－２地空导弹舱体采用新型??耐热镁合金铸件和锻件，美国“大力神”火箭也使用了?６００?ｋｇ变形镁合金。??图２－３镁合金在航空航天领域应用实例图??（ａ）导弹舱体；（ｂ）某对空导弹??（３）镁合金在生物医学领域的应用??目前，临床应用的金属材料多属于惰性金属，其中包括不锈钢、钛合金??等。随着医疗观念的转变，对人体植入材料的需求也发生了改变，开始期待??植入材料于人体内呈暂时性地存在，在后续组织修复过程中，植入材料完成??力学及生物学作用后通过降解被人体吸收。因此，作为可降解元素的镁合金??在生物医学领域成为了研宄热点。而镁合金作为可降解植入材料，不会引起??急性反应，也没有发现明显的炎症反应，还可以促进愈合过程。如图２－４所??示为医用镁合金的合金元素选择依据，表明镁合金在生物医学应用中还需注??意三大重要问题［２５］。其一，生物相容性。降解后的镁合金元素会释放到体液
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effects of Mg17Al12 second phase particles on twinning-induced recrystallization behavior in Mg–Al–Zn alloys during gradient hot rolling[J]. Zhong-Zheng Jin,Xiu-Ming Cheng,Min Zha,Jian Rong,Hang Zhang,Jin-Guo Wang,Cheng Wang,Zhi-Gang Li,Hui-Yuan Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(09)
[2]Strain hardening of as-extruded Mg-xZn（x=1, 2, 3 and 4 wt%） alloys[J]. Chaoyue Zhao,Xianhua Chen,Fusheng Pan,Jingfeng Wang,Shangyu Gao,Teng Tua,Chunquan Liu,Jiahao Yao,Andrej Atrens. Journal of Materials Science & Technology. 2019(01)
[3]热处理工艺对Mg-6Zn-3Al镁合金显微组织和力学性能的影响[J]. 张玉,黄晓锋,郭峰,李元东,毕广利,马颖,郝远. 中国有色金属学报. 2018(06)
[4]Effect of Nd on microstructure and mechanical properties of as-extruded Mg-Y-Zr-Nd alloy[J]. Xiaoyang Xu,Xianhua Chen,Weiwei Du,Yuxiao Geng,Fusheng Pan. Journal of Materials Science & Technology. 2017(09)
[5]纳米压痕法分析ECAP变形工业纯钛的力学性能[J]. 刘晓燕,赵西成,杨西荣,贾江平. 稀有金属材料与工程. 2017(03)
[6]处在变革中的医用金属材料[J]. 郑玉峰,吴远浩. 金属学报. 2017(03)
[7]高性能铸造稀土镁合金的发展[J]. 陈巧旺,汤爱涛,许婷熠,王玉容,叶俊华,潘复生. 材料导报. 2016(17)
[8]镁合金在航空航天领域研究应用现状与展望[J]. 吴国华,陈玉狮,丁文江. 载人航天. 2016(03)
[9]导热镁合金的研究与开发现状[J]. 王春明,陈云贵,肖素芬. 稀有金属材料与工程. 2015(10)
[10]变形镁合金室温应变硬化行为的研究进展[J]. 宋波,辛仁龙,郭宁,刘婷婷,杨青山. 中国有色金属学报. 2014(11)
本文编号：2952021
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