大型高强耐热镁合金构件的热处理工艺研究

发布时间：2017-04-09 19:16

  本文关键词：大型高强耐热镁合金构件的热处理工艺研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Mg-Gd-Y-Zn-Zr系稀土镁合金具有良好的耐热性能,适合制造高温环境下工作的零部件。经过反复塑性变形后的镁合金力学性能较铸态显著提高,同时热处理可以消除残余应力,使组织更加均匀,提高力学性能。但是某大型构件尺寸较大,与实验模型相比,由于尺寸效应而使得热处理后产生危险裂纹的机会增多,从而降低力学性能。本课题切取该构件的口部试样作为研究对象,通过Box-Behnken实验设计方法对其热处理工艺进行了较为深入系统的研究。研究结果如下:(1)采用Box-Behnken实验设计方法,对构件口部合金热处理工艺参数进行基于热处理后力学性能的优化设计,得到了热处理最佳参数组合:415℃×12h+207℃×17h。其最大响应值为:抗拉强度为363.7MPa,延伸率为8.6%。固溶时间和时效温度为热处理过程中的主要影响因素。(2)对得到的最佳热处理参数组合进行验证实验,实际室温抗拉强度达到371.4MPa,延伸率达到6.8%。比变形态合金分别提高了43%和89%。(3)变形后的基体组织中出现了层片状组织和细小的再结晶晶粒。晶界处弥散分布的第二相包括Mg24Y5和Mg5Gd相。在固溶415℃×12h后,破碎的晶粒发生动态再结晶,层片状组织和第二相溶于基体中,剩余的分布在晶界处。固溶后进行207℃×17h时效处理,晶粒中析出了大量第二相,晶界处出现一种短棒状第二相,有些由晶界向着晶内延伸,有些则沿晶界分布。缩短固溶时间,固溶不充分,时效受到影响。时效温度升高,晶粒尺寸有所增大。(4)变形态镁合金的室温拉伸断口具有解理台阶,同时具有一定的韧性断裂趋势,属于准解理断裂或解理断裂。300℃下拉伸后塑性较室温下有所提高。T4处理后室温和300℃下拉伸断口特征相似,大部分为韧窝状,偶尔有解理棱的出现,塑性较好。经T6(415℃×12h+207℃×17h)处理时,室温和300℃下拉伸断口为分布均匀而密且小而深的等轴韧窝,为明显的韧性断裂。此时合金的室温和高温拉伸性能得到了明显的改善。
【关键词】：Mg-Gd-Y-Zn-Zr 热处理 拉伸性能 微观组织 断口形貌
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG166.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-30
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 镁合金及其应用12-15
• 1.3 变形镁合金15-19
• 1.3.1 变形镁合金的概述15-16
• 1.3.2 变形镁合金的分类16-17
• 1.3.3 变形镁合金的应用17-19
• 1.4 高强耐热变形镁合金19-23
• 1.4.1 高强耐热变形镁合金的概述19-20
• 1.4.2 高强变形镁合金的开发20
• 1.4.3 耐热变形镁合金的开发20-21
• 1.4.4 高强耐热变形镁合金的研究现状21-23
• 1.5 镁合金的热处理23-25
• 1.6 响应曲面法25-29
• 1.6.1 响应曲面法的理论简介25-26
• 1.6.2 中心复合实验设计26-28
• 1.6.3 Box-Behnken实验设计28-29
• 1.7 本课题的研究内容29-30
• 第二章 实验材料及实验方案30-35
• 2.1 实验材料30-31
• 2.2 实验方案及实验方法31-35
• 2.2.1 实验方案31
• 2.2.2 实验方法31-35
• 第三章 大型锥形构件热处理工艺参数设计优化35-57
• 3.1 引言35-36
• 3.2 研究对象36
• 3.3 差热分析36-37
• 3.4 固溶制度和时效制度范围的确定37-44
• 3.4.1 固溶制度范围的确定37-40
• 3.4.2 时效制度范围的确定40-44
• 3.5 目标函数44-45
• 3.6 设计变量及变量水平值范围的确定45-46
• 3.7 热处理参数优化及分析46-55
• 3.7.1 目标函数回归分析48-53
• 3.7.2 实验参数的交互作用对目标函数的影响53-55
• 3.7.3 实验参数的优化55
• 3.8 小结55-57
• 第四章 热处理对大型锥形构件组织与力学性能影响研究57-69
• 4.1 不同热处理制度对构件口部合金力学性能的影响57-59
• 4.2 不同热处理制度对构件口部合金微观组织的影响59-64
• 4.3 构件口部合金扫描断口分析64-67
• 4.3.1 构件口部合金室温拉伸断口分析65-66
• 4.3.2 室温拉伸断口形貌与力学性能的关系66
• 4.3.3 构件口部合金 300℃拉伸断口分析66-67
• 4.3.4 300℃拉伸断口形貌与力学性能的关系67
• 4.4 小结67-69
• 第五章 结论69-71
• 参考文献71-77
• 攻读硕士期间发表的论文77-78
• 致谢78-79

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