Mg-Zn-Sm-Zr合金的组织及力学性能研究

发布时间：2017-05-17 13:19

  本文关键词：Mg-Zn-Sm-Zr合金的组织及力学性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：镁合金作为一种广泛使用的理想材料,具有一系列的优点,它不仅质轻、比强度高、电磁屏蔽能力强,而且减振性好、压铸工艺性优良、热疲劳性能好、导热性好,而且易于二次利用,但由于机械加工性能以及高温蠕变性能较差,限制了其应用范围。众所周知,稀土元素作为广泛使用的合金化元素,对合金常温高温机械力学性能及高温蠕变性能有很好的强化效果,以Mg-Gd系、WE系合金为代表的重稀土镁合金因具有出众的加工强化特性和耐热性而普遍受到关注,但成本较高是这两类合金在工业化镁合金领域中未能实现广泛应用的主要制约因素。目前,在汽车、航空航天、军工等领域内,国家对能够替代ZM6合金的、在150℃-200℃温度区间服役的低成本耐热变形镁合金的研发有着强烈的产业化需求。新型低成本耐热变形镁合金的开发逐渐成为热点。本文通过添加稀土元素Sm,并通过改变Zn元素的含量来探讨稀土镁合金的显微组织和力学性能的变化。具体研究工作如下:首先,采用重力铸造制备Mg-x Zn-4Sm-0.5Zr(x=0,1.0wt.%,2.0wt.%,3.0wt.%,4.0wt.%)合金,研究了Zn元素的含量变化对铸态和固溶态合金的显微组织结构、综合力学性能的影响;随后,利用热挤压制备变形镁合金,并采用多种测试手段来表征Zn元素对合金微观组织和力学性能的影响,探讨镁合金晶粒大小、织构变化对变形镁合金力学性能的影响。实验表明,铸态Mg-4Sm-0.5Zr合金的晶粒大小平均为35μm左右,晶界附近和晶粒内部存在少量的共晶化合物Mg41Sm5,但晶界比较细直,没有粗大共晶相的存在。随着Zn元素的加入,晶粒尺寸没有明显变化,但晶界处出现了粗大的化合物(Mg,Zn)3Sm,且数量随着Zn含量的增大而逐渐增加,这表明Zn元素对阻止晶粒在固溶处理中长大的效果不如Zr元素的效果明显。热挤压变形Mg-x Zn-4Sm-0.5Zr合金组织由一些细小的等轴晶(5μm)以及一些沿ED方向长大的晶粒组成,晶内的第二相平行于挤压方向呈条带状均匀分布。挤压变形导致第二相(Mg41Sm5)破碎成细小的颗粒,钉扎在晶界附近,阻碍滑移的运动,并沿ED方向线性分布,其中粗大的(Mg,Zn)3Sm相同样发生破碎,形成相对尺寸较大的颗粒随机的分散在晶体内部。Zn元素含量的变化对挤压态合金力学强度的影响主要表现在,随着Zn元素的加入,挤压态合金的力学强度呈升高趋势,合金强度大小顺序为Mg-4Zn-4Sm-0.5ZrMg-Zn-4Sm-0.5ZrMg-3Zn-4Sm-0.5ZrMg-2Zn-4Sm-0.5ZrMg-4Sm-0.5Zr,塑性大小顺序为Mg-2Zn-4Sm-0.5ZrMg-4Zn-4Sm-0.5ZrMg-3Zn-4Sm-0.5ZrMg-4Sm-0.5ZrMg-Zn-4Sm-0.5Zr。
【关键词】：Zn元素 Mg-4Sm-0.5Zr合金 显微组织 力学性能 挤压
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 研究背景、目的及意义11-14
• 1.2 镁合金的强化机制14-17
• 1.2.1 镁合金固溶强化14-15
• 1.2.2 镁合金析出强化15-16
• 1.2.3 镁合金细晶强化16-17
• 1.2.4 镁合金弥散强化17
• 1.3 稀土对镁合金的影响17-22
• 1.3.1 轻稀土对镁合金的影响19-20
• 1.3.2 重稀土对镁合金的影响20-22
• 1.4 镁合金的高温强化机制22-23
• 1.5 Zn元素在镁合金的应用及发展现状23-24
• 1.6 本论文的主要研究内容24-25
• 第2章 实验方案及研究方法25-35
• 2.1 实验技术路线25-26
• 2.2 原材料和成分设计26-27
• 2.2.1 原材料准备26
• 2.2.2 镁合金成分设计26-27
• 2.3 实验材料制备27-31
• 2.3.1 铸态合金制备27-28
• 2.3.2 固溶处理28-29
• 2.3.3 热挤压变形29-31
• 2.3.4 时效处理31
• 2.4 微观组织观察和分析31-33
• 2.4.1 金相显微组织观察31-32
• 2.4.2 扫描电镜显微组织观察及能谱分析32-33
• 2.4.3 X射线衍射分析和相分析33
• 2.4.4 透射电镜显微组织观察及相分析33
• 2.5 合金力学性能测试33-35
• 第3章 铸态及固溶态合金组织和力学性能35-53
• 3.1 铸态Mg-xZn-4Sm-0.5Zr合金组织及力学性能35-43
• 3.1.1 铸态Mg-xZn-4Sm-0.5Zr合金的显微组织结构35-40
• 3.1.2 铸态Mg-xZn-4Sm-0.5Zr合金的力学性能40-41
• 3.1.3 铸态Mg-xZn-4Sm-0.5Zr合金的断裂行为41-43
• 3.2 固溶态Mg-xZn-4Sm-0.5Zr合金组织及力学性能43-51
• 3.2.1 固溶态Mg-xZn-4Sm-0.5Zr合金显微组织结构43-49
• 3.2.2 XRD物相组成分析49-51
• 3.3 本章小结51-53
• 第4章 挤压态及时效态合金组织和力学性能53-71
• 4.1 挤压态Mg-xZn-4Sm-0.5Zr合金组织及力学性能53-64
• 4.1.1 挤压态Mg-xZn-4Sm-0.5Zr合金显微组织结构53-59
• 4.1.2 挤压态Mg-xZn-4Sm-0.5Zr合金的室温力学性能59-60
• 4.1.3 挤压态Mg-xZn-4Sm-0.5Zr合金的室温断裂行为60-61
• 4.1.4 挤压态Mg-xZn-4Sm-0.5Zr合金的高温力学性能61-63
• 4.1.5 挤压态Mg-xZn-4Sm-0.5Zr合金的高温断裂行为63-64
• 4.2 挤压时效态Mg-xZn-4Sm-0.5Zr合金组织及力学性能64-69
• 4.2.1 挤压时效态Mg -x Zn-4Sm-0.5Zr合金组织64-67
• 4.2.2 挤压时效态Mg-xZn-4Sm-0.5Zr合金力学性能67-69
• 4.3 本章小结69-71
• 第5章 结论71-73
• 参考文献73-79
• 致谢79-80

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