固相再生Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金组织性能及旋转挤压变形规律研究
发布时间：2021-10-15 10:53
镁合金作为轻量化金属结构材料,具有密度小、比强度大、阻尼减震性能、切削加工性能和电磁屏蔽性能良好等一系列优势,广泛应用于航空航天、汽车工业、电子通信等领域。添加Gd、Y等稀土元素可以使镁合金的组织性能极大改善。随着镁合金产品的大量使用,其在加工生产过程中的浪费也剧烈增加。因此,实现镁合金废料的固相再生,可促使节能减排,有利于镁合金工业的可持续发展。往复镦挤和旋转挤压是大塑性变形工艺,可以细化晶粒和均匀组织,进而提高镁合金材料的力学性能。本课题首先将通过热压烧结和放电等离子烧结对铸态Mg-7Gd-4Y-2Zn-0.4Zr合金碎屑进行固相再生实验,对铸态、热压烧结态和放电等离子烧结态合金进行显微组织和力学性能研究。随后通过有限元模拟研究不同参数下再生稀土镁合金旋转挤压成形的变形规律,并确定合理的工艺参数。最后通过有限元模拟研究往复镦挤成形预制坯料工艺,以增加旋挤件的累计变形量,提高变形均匀性,为固相再生稀土镁合金往复镦挤及旋转挤压成形的研究提供工艺参考。对稀土镁合金碎屑开展不同烧结温度参数下的热压烧结实验和最优参数下的放电等离子烧结实验。随后对铸态及固相再生稀土镁合金进行显微组织分析和力学...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
应用于航空航天的镁合金零部件[10]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-制造军用及民用飞机的发动机零件与支撑框架结构和火箭、人造卫星、武器装备上的重要机械装备零件。图1-1为应用于航空航天的镁合金零部件[10]。a)发动机匣体b)减速机匣体c)导弹壳体图1-1应用于航空航天的镁合金零部件[10]（2）镁合金应用于汽车工业：镁合金由于其较大的比强度、良好的铸造性能和吸振降噪性能，广泛应用于汽车、摩托车等交通车辆的发动机盖、轮毂、方向盘、车身和座椅支架等零部件的开发和生产，降低了交通车辆的重量以减小能耗，提高了车辆的加速和制动性能，还能降低行驶时产生的振动和噪声，提高了驾乘人员的舒适度。图1-2为镁合金超塑性模锻汽车轮毂[11]。图1-2镁合金超塑性模锻汽车轮毂[11]（3）镁合金应用于电子通信：电脑、手机、平板、相机等电子器件的外壳常通过镁合金压铸，可以提高其刚度和强度，满足了美观轻巧的要求，不但制造成本低，而且易于回收再利用。此外，通过镁合金压铸壳体代替塑料壳体能提高手机通话质量并减小人体受到电磁波的伤害[12]。（4）镁合金应用于其他领域：镁合金具有取之不劲用之不竭的资源优势，无毒无害、循环再生的环保效益，比强度高、阻尼性好的材料特性，以及导热性好、减振性好的使用性能，这都为其大规模生产应用提供了条件。如今，镁合金也广泛应用于化工业、冶金业、核工业、军事业等领域。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-6-Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金中的LPSO相结构对镁合金变形过程中的动态再结晶有很大影响。Zhou等人[15]研究了LPSO相结构对Mg-6.9Gd-3.2Y-1.5Zn-0.5Zr合金动态再结晶的影响规律，当热处理温度达510℃时，LPSO相在首先α-Mg晶界附近形核长大，随后在晶粒内部析出。当合金在480℃温度下压缩变形时，晶内LPSO相阻碍了α-Mg晶界的迁移，降低了动态再结晶的比例，且片层状LPSO相越多的合金表现出更好的力学性能。Yu等人[16]研究了Mg-12Gd-4.5Y-2Zn-0.4Zr合金在不同温度和应变速率下进行压缩变形时的热变形和动态再结晶行为，发现了LPSO相阻碍了稀土镁合金动态再结晶的发生。Shao等人[17]研究了Mg-4.7Gd-3.4Y-1.2Zn-0.5Zr合金LPSO相的拉伸变形行为及其组织演变，发现了LPSO相阻碍了稀土镁合金孪晶的生长。Zhou等人[18]研究了存在不同的形态和分布LPSO相的Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的动态再结晶行为，发现Mg基体中的片层状LPSO相阻碍了基础滑移，促进了扭折带的形成，并阻碍动态再结晶的发生，而块状LPSO相则能和孪晶共同作用，促进动态再结晶的发生。Li等人[19]研究了温度达500℃时，Mg-10Gd-3Y-1.2Zn-0.4Zr合金的显微组织演化规律，发现了部分Mg5(Gd,Y,Zn)共晶化合物和堆垛层错存在于α-Mg基体中，另一部分在晶界处逐渐转变为块状14H-LPSO相，其随热处理时间的延长而分解成细小的片层状14H-LPSO相。a)18R-LPSO相b)14H-LPSO相图1-3LPSO相结构原子模型[14]
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁合金挤压技术的研究进展[J]. 张文毓. 世界制造技术与装备市场. 2018(04)
[2]Mg-8Sn系镁合金SPS制备及其组织性能[J]. 刘芳芳,王文先,陈洪胜,张媛琦. 稀有金属材料与工程. 2018(07)
[3]镁合金废料固相再生的研究现状[J]. 文丽华. 轻合金加工技术. 2017(12)
[4]放电等离子烧结制备生物Mg-Zn合金的组织及性能[J]. 程林信,崔泽琴,郭浦山,王文先,许并社. 稀有金属材料与工程. 2017(11)
[5]放电等离子烧结温度对ZK61镁合金组织及力学性能的影响[J]. 郝峰晨,崔泽琴,王文先. 材料热处理学报. 2017(03)
[6]塑性变形工艺在变形镁合金晶粒细化中的应用[J]. 张迪,林涛,周吉学,赵忠魁,刘运腾. 山东科学. 2017(01)
[7]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)
[8]镁合金挤压技术及其工艺的研究[J]. 高扬,卜乐平,甘启民,王科. 新技术新工艺. 2016(04)
[9]固相回收镁合金废料的研究进展[J]. 孙明体,戚文军,王娟,李亚江. 材料研究与应用. 2015(02)
[10]循环镦-挤制备AZ61镁合金的显微组织与力学性能（英文）[J]. 徐岩,胡连喜,孙宇,贾建波,姜巨福,马庆国. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(02)
博士论文
[1]大塑性变形Mg-Gd-Y系合金组织结构演变和力学性能研究[D]. 周浩.上海交通大学 2015
[2]固相再生AZ31B镁合金的组织性能及氧化相表征[D]. 武淑艳.哈尔滨理工大学 2010
[3]固相再生AZ91D镁合金组织结构及性能研究[D]. 胡茂良.哈尔滨理工大学 2008
硕士论文
[1]放电等离子烧结结合热挤压制备纳米相增强镁基复合材料[D]. 闫妍.太原理工大学 2017
[2]AZ31镁合金转模挤压成形中扭转变形及再结晶行为研究[D]. 边楠.哈尔滨理工大学 2015
[3]AZ31B镁合金等通道转角挤压的组织与性能[D]. 王振业.辽宁工业大学 2014
[4]等通道转角挤压对ZK60-4Si镁合金组织及性能的影响[D]. 王萍.太原理工大学 2013
本文编号：3437931
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
应用于航空航天的镁合金零部件[10]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-制造军用及民用飞机的发动机零件与支撑框架结构和火箭、人造卫星、武器装备上的重要机械装备零件。图1-1为应用于航空航天的镁合金零部件[10]。a)发动机匣体b)减速机匣体c)导弹壳体图1-1应用于航空航天的镁合金零部件[10]（2）镁合金应用于汽车工业：镁合金由于其较大的比强度、良好的铸造性能和吸振降噪性能，广泛应用于汽车、摩托车等交通车辆的发动机盖、轮毂、方向盘、车身和座椅支架等零部件的开发和生产，降低了交通车辆的重量以减小能耗，提高了车辆的加速和制动性能，还能降低行驶时产生的振动和噪声，提高了驾乘人员的舒适度。图1-2为镁合金超塑性模锻汽车轮毂[11]。图1-2镁合金超塑性模锻汽车轮毂[11]（3）镁合金应用于电子通信：电脑、手机、平板、相机等电子器件的外壳常通过镁合金压铸，可以提高其刚度和强度，满足了美观轻巧的要求，不但制造成本低，而且易于回收再利用。此外，通过镁合金压铸壳体代替塑料壳体能提高手机通话质量并减小人体受到电磁波的伤害[12]。（4）镁合金应用于其他领域：镁合金具有取之不劲用之不竭的资源优势，无毒无害、循环再生的环保效益，比强度高、阻尼性好的材料特性，以及导热性好、减振性好的使用性能，这都为其大规模生产应用提供了条件。如今，镁合金也广泛应用于化工业、冶金业、核工业、军事业等领域。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-6-Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金中的LPSO相结构对镁合金变形过程中的动态再结晶有很大影响。Zhou等人[15]研究了LPSO相结构对Mg-6.9Gd-3.2Y-1.5Zn-0.5Zr合金动态再结晶的影响规律，当热处理温度达510℃时，LPSO相在首先α-Mg晶界附近形核长大，随后在晶粒内部析出。当合金在480℃温度下压缩变形时，晶内LPSO相阻碍了α-Mg晶界的迁移，降低了动态再结晶的比例，且片层状LPSO相越多的合金表现出更好的力学性能。Yu等人[16]研究了Mg-12Gd-4.5Y-2Zn-0.4Zr合金在不同温度和应变速率下进行压缩变形时的热变形和动态再结晶行为，发现了LPSO相阻碍了稀土镁合金动态再结晶的发生。Shao等人[17]研究了Mg-4.7Gd-3.4Y-1.2Zn-0.5Zr合金LPSO相的拉伸变形行为及其组织演变，发现了LPSO相阻碍了稀土镁合金孪晶的生长。Zhou等人[18]研究了存在不同的形态和分布LPSO相的Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的动态再结晶行为，发现Mg基体中的片层状LPSO相阻碍了基础滑移，促进了扭折带的形成，并阻碍动态再结晶的发生，而块状LPSO相则能和孪晶共同作用，促进动态再结晶的发生。Li等人[19]研究了温度达500℃时，Mg-10Gd-3Y-1.2Zn-0.4Zr合金的显微组织演化规律，发现了部分Mg5(Gd,Y,Zn)共晶化合物和堆垛层错存在于α-Mg基体中，另一部分在晶界处逐渐转变为块状14H-LPSO相，其随热处理时间的延长而分解成细小的片层状14H-LPSO相。a)18R-LPSO相b)14H-LPSO相图1-3LPSO相结构原子模型[14]
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁合金挤压技术的研究进展[J]. 张文毓. 世界制造技术与装备市场. 2018(04)
[2]Mg-8Sn系镁合金SPS制备及其组织性能[J]. 刘芳芳,王文先,陈洪胜,张媛琦. 稀有金属材料与工程. 2018(07)
[3]镁合金废料固相再生的研究现状[J]. 文丽华. 轻合金加工技术. 2017(12)
[4]放电等离子烧结制备生物Mg-Zn合金的组织及性能[J]. 程林信,崔泽琴,郭浦山,王文先,许并社. 稀有金属材料与工程. 2017(11)
[5]放电等离子烧结温度对ZK61镁合金组织及力学性能的影响[J]. 郝峰晨,崔泽琴,王文先. 材料热处理学报. 2017(03)
[6]塑性变形工艺在变形镁合金晶粒细化中的应用[J]. 张迪,林涛,周吉学,赵忠魁,刘运腾. 山东科学. 2017(01)
[7]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)
[8]镁合金挤压技术及其工艺的研究[J]. 高扬,卜乐平,甘启民,王科. 新技术新工艺. 2016(04)
[9]固相回收镁合金废料的研究进展[J]. 孙明体,戚文军,王娟,李亚江. 材料研究与应用. 2015(02)
[10]循环镦-挤制备AZ61镁合金的显微组织与力学性能（英文）[J]. 徐岩,胡连喜,孙宇,贾建波,姜巨福,马庆国. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(02)
博士论文
[1]大塑性变形Mg-Gd-Y系合金组织结构演变和力学性能研究[D]. 周浩.上海交通大学 2015
[2]固相再生AZ31B镁合金的组织性能及氧化相表征[D]. 武淑艳.哈尔滨理工大学 2010
[3]固相再生AZ91D镁合金组织结构及性能研究[D]. 胡茂良.哈尔滨理工大学 2008
硕士论文
[1]放电等离子烧结结合热挤压制备纳米相增强镁基复合材料[D]. 闫妍.太原理工大学 2017
[2]AZ31镁合金转模挤压成形中扭转变形及再结晶行为研究[D]. 边楠.哈尔滨理工大学 2015
[3]AZ31B镁合金等通道转角挤压的组织与性能[D]. 王振业.辽宁工业大学 2014
[4]等通道转角挤压对ZK60-4Si镁合金组织及性能的影响[D]. 王萍.太原理工大学 2013
本文编号：3437931
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