Ti对Mg-Zn合金组织与性能的影响
发布时间：2021-02-07 12:08
镁合金作为绿色轻质金属结构材料,具有比强度、比刚度高、减震性好、易于回收等优点。其中,Mg-Zn系合金是商业应用最广泛的镁合金之一,其强度较高、时效硬化效果显著,但是该系合金铸造性能欠佳,易产生严重的热裂倾向与显微疏松,晶粒和非平衡离异共晶组织粗大。已有研究表明,Ti微合金化对改善合金的铸态组织显示了一定的潜力,而且,当Ti以Zn-Mg-Ti中间合金的方式加入镁时,得到的合金铸态组织晶粒细小,且力学性能与腐蚀性能得到明显改善。但是,由于Zn-Mg-Ti中间合金成分控制困难,制备工艺参数不易控制等因素,目前,其添加效果尚不稳定;同时,Zn-Mg-Ti中间合金（包括合金成分、组织形貌等）对铸态组织、性能及凝固行为的影响规律,以及Ti对Mg-Zn合金的作用机理尚有待进一步研究。针对上述问题,本文研究了中间合金及Ti元素对Mg-Zn合金组织、性能及凝固行为的影响。首先,通过变化冷却速度制备了成分为Zn82.8Mg14.1Ti3.1（A）与Zn81.9Mg15.1Ti3
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
第二相强化机制示意图
重庆大学硕士学位论文1绪论8图1.2Mg-Zn合金中1’β、2’β的形貌示意图Fig.1.2Morphologyof1’β、2’βinMg-ZnAlloy2热处理工艺ZK系合金是目前商用最广的镁合金之一。其中，合金元素Zr是一种高熔点的金属元素，位于元素周期表的第四副族，通过向Mg合金中加入少量的Zr可以显著细化晶粒，获得良好的综合性能[53]，文献表明，当Zr含量为0.6wt.%～0.8wt.%时，细化晶粒的效果最显著。Zr还可以缩短Mg-Zn合金的结晶温度区间，从而提高合金耐蚀性以及降低合金热裂倾向[54]。因此ZK系合金的强度一般较高，关于该系合金的设计开发有很多，尤以ZK60合金研究比较成熟，商用比较成功。为了进一步提高ZK系合金的强度，很多学者对其热处理工艺做了很多优化工作。陈[55]等人优化了ZK60轧制板材的热处理工艺（375℃/3h＋175℃/10h），并发现热处理后合金中析出相2’β中含有Zr元素，而1’β中则不含Zr。李[56]等人把ZK60铸锭在400℃固溶2小时后，时效时间固定为10h时，得到其峰值时效温度为170℃。张等人[57]对铸态ZK60在420℃固溶3小时后进行时效处理，得到时效时间在12h时的峰值时效温度为190℃。可以看出，大部分学者优化的结果都很接近。除了热处理工艺的优化，Robson建立了研究其相析出行为与强度变化的模型，对该合金的设计有很好的指导作用[54]。Ti与Zr有相似的物理性质。它们熔点高，位于元素周期表的同一族；同时它们在镁中的固溶度都很低且与镁不发生合金化反应生成新相；在二元相图的富镁端均存在一个包晶反应，这被认为是Zr与Ti作为镁合金形核核心的一个依据。因此，Mg-Zn-Ti合金与ZK合金在工艺条件方面可能会有很多共同点，而上述热处理工艺的研究成果可为Mg-Zn-Ti合金热处理工艺的制定提供参考。然而由于合金组元成分及工艺
重庆大学硕士学位论文1绪论11各相化学位相等的原理实现相图计算。相图计算过程可概括为三点[70]：一、确定体系中的相及其对应的热力学模型，获得描述各相吉布斯自由能的表达式并整理编写为数据库文件；二、将数据库导入热力学软件，计算系统平衡条件下的相组成与相成分；三、根据实测热力学数据对各项参数进行优化。图1.3为相图计算基本步骤的示意图。图1.3相图计算步骤示意图Fig.1.3Theschematicdiagramofphasediagramcalculationsteps1.5.2相图计算的热力学模型相图计算的热力学模型表现为一系列吉布斯自由能的函数表达式，其建立方法主要有两种：一种是直接根据学者提出的描述体系吉布斯自由能的热力学模型建模，一般是具有一定物理意义的物理模型；另一种是根据相关实验数据直接数学拟合得到，它们一般是不存在物理意义或被赋予物理意义的数学模型。1纯物质通常情况下，在压力一定时，纯物质Gibbs自由能只与温度有关，SGTE(ScientificGroupThermodataEurope)数据库中可查到各元素的吉布斯自由能表达式[71]，其通用形式如下:231G=abTcTlnTdTeTfT（1.5）式（1.5）中，T为温度，a，b，c，d，e，f为待定拟合系数。2固溶体相固溶体相主要有三种模型：理想熔体、规则熔体和亚规则熔体。若设某体系
【参考文献】：
期刊论文
[1]合金化对汽车轮毂用镁合金耐蚀性的影响分析[J]. 杨连福. 热加工工艺. 2015(02)
[2]固溶处理对Mg-6Al-5Pb-1Zn-0.3Mn阳极组织和性能的影响[J]. 石凯,王日初,解立川,彭超群,金和喜,冯艳. 中南大学学报(自然科学版). 2012(10)
[3]Microstructures,mechanical properties and compressive creep behaviors of as-cast Mg-5%Sn-（0-1.0）%Pb alloys[J]. 王卿,陈云贵,肖素芬,刘红梅,唐永柏,赵源华. Journal of Central South University of Technology. 2011(02)
[4]时效温度对ZK60镁合金组织和性能的影响[J]. 张义,张治民,张星. 热加工工艺. 2010(06)
[5]Zr在镁合金中晶粒细化行为研究进展[J]. 孙明,吴国华,戴吉春,庞松,丁文江. 铸造. 2010(03)
[6]锆在镁及镁合金中的作用[J]. 陈增,张密林,吕艳卓,韩伟,唐定骧. 铸造技术. 2007(06)
[7]热处理工艺对挤压变形ZK60镁合金组织与力学性能的影响[J]. 余琨,黎文献,王日初. 中国有色金属学报. 2007(02)
[8]镁合金的热处理[J]. 王慧敏,陈振华,严红革,刘应科. 金属热处理. 2005(11)
[9]Ce对镁及镁合金中晶粒的细化机理[J]. 余琨,黎文献,张世军. 稀有金属材料与工程. 2005(07)
[10]Al3Ti3B中间合金对AZ91D镁合金组织及力学性能的影响[J]. 龚丽勤,李建国,周鹏,王发奇,仝仲盛,陶占东. 中国有色金属学报. 2004(12)
硕士论文
[1]Zn-Mg-Ti中间合金对纯镁组织与性能的影响[D]. 成功.重庆大学 2017
[2]Al、Zn对Mg-Sn系合金微观组织和力学性能的影响[D]. 韩兆宇.太原理工大学 2013
本文编号：3022202
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
第二相强化机制示意图
重庆大学硕士学位论文1绪论8图1.2Mg-Zn合金中1’β、2’β的形貌示意图Fig.1.2Morphologyof1’β、2’βinMg-ZnAlloy2热处理工艺ZK系合金是目前商用最广的镁合金之一。其中，合金元素Zr是一种高熔点的金属元素，位于元素周期表的第四副族，通过向Mg合金中加入少量的Zr可以显著细化晶粒，获得良好的综合性能[53]，文献表明，当Zr含量为0.6wt.%～0.8wt.%时，细化晶粒的效果最显著。Zr还可以缩短Mg-Zn合金的结晶温度区间，从而提高合金耐蚀性以及降低合金热裂倾向[54]。因此ZK系合金的强度一般较高，关于该系合金的设计开发有很多，尤以ZK60合金研究比较成熟，商用比较成功。为了进一步提高ZK系合金的强度，很多学者对其热处理工艺做了很多优化工作。陈[55]等人优化了ZK60轧制板材的热处理工艺（375℃/3h＋175℃/10h），并发现热处理后合金中析出相2’β中含有Zr元素，而1’β中则不含Zr。李[56]等人把ZK60铸锭在400℃固溶2小时后，时效时间固定为10h时，得到其峰值时效温度为170℃。张等人[57]对铸态ZK60在420℃固溶3小时后进行时效处理，得到时效时间在12h时的峰值时效温度为190℃。可以看出，大部分学者优化的结果都很接近。除了热处理工艺的优化，Robson建立了研究其相析出行为与强度变化的模型，对该合金的设计有很好的指导作用[54]。Ti与Zr有相似的物理性质。它们熔点高，位于元素周期表的同一族；同时它们在镁中的固溶度都很低且与镁不发生合金化反应生成新相；在二元相图的富镁端均存在一个包晶反应，这被认为是Zr与Ti作为镁合金形核核心的一个依据。因此，Mg-Zn-Ti合金与ZK合金在工艺条件方面可能会有很多共同点，而上述热处理工艺的研究成果可为Mg-Zn-Ti合金热处理工艺的制定提供参考。然而由于合金组元成分及工艺
重庆大学硕士学位论文1绪论11各相化学位相等的原理实现相图计算。相图计算过程可概括为三点[70]：一、确定体系中的相及其对应的热力学模型，获得描述各相吉布斯自由能的表达式并整理编写为数据库文件；二、将数据库导入热力学软件，计算系统平衡条件下的相组成与相成分；三、根据实测热力学数据对各项参数进行优化。图1.3为相图计算基本步骤的示意图。图1.3相图计算步骤示意图Fig.1.3Theschematicdiagramofphasediagramcalculationsteps1.5.2相图计算的热力学模型相图计算的热力学模型表现为一系列吉布斯自由能的函数表达式，其建立方法主要有两种：一种是直接根据学者提出的描述体系吉布斯自由能的热力学模型建模，一般是具有一定物理意义的物理模型；另一种是根据相关实验数据直接数学拟合得到，它们一般是不存在物理意义或被赋予物理意义的数学模型。1纯物质通常情况下，在压力一定时，纯物质Gibbs自由能只与温度有关，SGTE(ScientificGroupThermodataEurope)数据库中可查到各元素的吉布斯自由能表达式[71]，其通用形式如下:231G=abTcTlnTdTeTfT（1.5）式（1.5）中，T为温度，a，b，c，d，e，f为待定拟合系数。2固溶体相固溶体相主要有三种模型：理想熔体、规则熔体和亚规则熔体。若设某体系
【参考文献】：
期刊论文
[1]合金化对汽车轮毂用镁合金耐蚀性的影响分析[J]. 杨连福. 热加工工艺. 2015(02)
[2]固溶处理对Mg-6Al-5Pb-1Zn-0.3Mn阳极组织和性能的影响[J]. 石凯,王日初,解立川,彭超群,金和喜,冯艳. 中南大学学报(自然科学版). 2012(10)
[3]Microstructures,mechanical properties and compressive creep behaviors of as-cast Mg-5%Sn-（0-1.0）%Pb alloys[J]. 王卿,陈云贵,肖素芬,刘红梅,唐永柏,赵源华. Journal of Central South University of Technology. 2011(02)
[4]时效温度对ZK60镁合金组织和性能的影响[J]. 张义,张治民,张星. 热加工工艺. 2010(06)
[5]Zr在镁合金中晶粒细化行为研究进展[J]. 孙明,吴国华,戴吉春,庞松,丁文江. 铸造. 2010(03)
[6]锆在镁及镁合金中的作用[J]. 陈增,张密林,吕艳卓,韩伟,唐定骧. 铸造技术. 2007(06)
[7]热处理工艺对挤压变形ZK60镁合金组织与力学性能的影响[J]. 余琨,黎文献,王日初. 中国有色金属学报. 2007(02)
[8]镁合金的热处理[J]. 王慧敏,陈振华,严红革,刘应科. 金属热处理. 2005(11)
[9]Ce对镁及镁合金中晶粒的细化机理[J]. 余琨,黎文献,张世军. 稀有金属材料与工程. 2005(07)
[10]Al3Ti3B中间合金对AZ91D镁合金组织及力学性能的影响[J]. 龚丽勤,李建国,周鹏,王发奇,仝仲盛,陶占东. 中国有色金属学报. 2004(12)
硕士论文
[1]Zn-Mg-Ti中间合金对纯镁组织与性能的影响[D]. 成功.重庆大学 2017
[2]Al、Zn对Mg-Sn系合金微观组织和力学性能的影响[D]. 韩兆宇.太原理工大学 2013
本文编号：3022202
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