固溶处理对AZ31-xGd合金显微组织和力学性能的影响

发布时间：2017-05-27 18:03

  本文关键词：固溶处理对AZ31-xGd合金显微组织和力学性能的影响，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：镁合金因密度小,比强度高,切削加工性能好而且易于回收再利用,在当今资源和能源紧缺的环境下备受汽车行业、航空航天业的关注。AZ31镁合金作为变形镁合金的代表,成为镁合金研究者的重点研究对象。然而,由于AZ31镁合金的绝对强度小,大大限制了其工业化应用范围。目前,可以有效提高AZ31变形镁合金强度的方法主要有两种,其一为合金化,其二为形变热处理。本研究在Ar气的保护下于井式电阻炉中熔炼制备出含不同Gd质量分数的AZ31镁合金。利用OM,SEM,EDS以及XRD等检测仪器对AZ31-xGd(x=4.83,4.15,3.52,3.25)合金中的相成分,显微形貌进行了表征。本文首先研究了添加质量分数为4.83%的Gd元素对AZ31镁合金显微组织的影响;然后对AZ31-4.83Gd(AZG315)合金在540℃进行不同时间的固溶处理,研究固溶处理过程中AZG315合金第二相形貌演变规律,由此提出“扩散长大”模型,并计算得540℃时Gd原子在固相之间的扩散系数,最终确定AZ31-xGd合金的固溶处理时间;其次,本文还探究了相同固溶处理工艺下,AZ31-x Gd合金显微组织和力学性能变化的规律。本研究得出了以下结论:1.向AZ31镁合金中添加质量分数为4.83%的稀土Gd元素可以有效抑制基体中沿晶界分布的Mg_(17)Al_(12)共晶相形成。2.在精炼过程中gd元素和al元素首先固溶至基体中。当基体晶粒以树枝状生长时,由于固液界面前沿导致溶质原子的偏聚使得Al_2Gd相形核并长大。3.铸态azg315合金中第二相Al_2Gd呈针状片层分布在晶间,这主要是因为al原子和gd原子的定向扩散所导致的。4.通过室温锻造结果证明:azg315镁合金中第二相Al_2Gd形貌的变化必须在温度的激励下进行。540℃固溶处理时gd原子的扩散系数为105.06nm~2/s,进行6h固溶处理后,晶间Al_2Gd相的厚度将保持不变。5.azg315镁合金在540℃进行固溶处理时,其内Al_2Gd相形貌的演变符合ostwaldripeningtheory。6.室温下固溶处理后azg315镁合金的屈服强度、抗拉强度以及延伸率分别为:135mpa、244.29mpa、10.93%比相同状态下az31变形镁合金对应力学指标同比提高123.95%、59.89%、2.34%。7.当gd元素的添加量小于4.83mass%时,Al_2Gd相的形成和形貌不仅受到稀土添加量影响而且与合金中al/gd原子比的大小有关。8.az31-3.25gd合金中所形成的Al_2Gd针状相更加细小,固溶处理后所形成的小颗粒状Al_2Gd相分布更加均匀,对于提高合金的力学性能具有明显作用。本研究通过对合金成分的设定,热处理工艺的制定,提出了“扩散长大”的动力学模型并计算出了540℃时gd原子在α-mg基体中的扩散系数,为提高az31变形镁合金力学性能及其稀土元素的应用范围提供了基础实验数据。
【关键词】：AZ31镁合金 固溶处理 显微形貌 Al2Gd相 力学性能
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22;TG156.94
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-28
• 1.1 镁及其合金的特征12-20
• 1.1.1 镁的发展史12-14
• 1.1.2 镁的物理化学性质14-16
• 1.1.3 镁的力学性能16
• 1.1.4 镁的腐蚀性能16
• 1.1.5 工艺性能16-17
• 1.1.6 镁及其合金的分类及性质17-18
• 1.1.7 Mg-Al系合金的性能及特点18-19
• 1.1.8 高强韧镁合金的研究现状19-20
• 1.2 镁合金强韧化方法20-23
• 1.2.1 固溶强化20
• 1.2.2 析出强化20-21
• 1.2.3 细晶强化21-22
• 1.2.4 热处理强化22-23
• 1.2.5 复合强化23
• 1.3 稀土Gd元素的性质及其在镁合金中的应用23-25
• 1.3.1 稀土Gd元素的物理化学性质23
• 1.3.2 稀土Gd元素在镁合金中的研究现状23-25
• 1.4 研究目的、内容及意义25-28
• 1.4.1 研究目的25
• 1.4.2 研究内容与技术路线25-28
• 第二章 实验内容与方法28-34
• 2.1 实验原料28
• 2.2 实验设备与工艺28-30
• 2.2.1 实验设备28-30
• 2.2.2 熔炼精炼工艺30
• 2.3 热处理工艺温度的确定30-31
• 2.4 分析测试方法31-34
• 2.4.1 合金成分分析31-32
• 2.4.2 显微组织和微区成分分析32
• 2.4.3 力学性能测试32-34
• 第三章 固溶处理AZG315合金中Al-Gd相的演变规律34-54
• 3.1 合金成分检测结果34
• 3.2 RE (Gd)元素对AZ31镁合金显微组织及相组成的影响34-37
• 3.2.1 Gd元素对AZ31镁合金显微组织的影响34-36
• 3.2.2 Gd元素对AZ31镁合金相组成的影响36-37
• 3.3 高温固溶处理对AZG315合金显微组织的影响37-43
• 3.3.1 相同温度不同固溶时间下AZG315镁合金显微结构的变化37-39
• 3.3.2 AZG315镁合金晶内颗粒相的形成与溶解39-43
• 3.4 室温锻造过程对AZG315镁合金显微结构的影响43-45
• 3.4.1 室温锻造后AZG315镁合金的显微组织43-45
• 3.5 不同固溶时间后AZG315合金的显微维氏硬度变化45
• 3.6 凝固过程中针状Al2Gd相的形成机理45-46
• 3.7 固溶处理过程中Al2Gd相形貌变化规律探究46-49
• 3.7.1 固溶处理过程中Al2Gd相间距和厚度的变化47-48
• 3.7.2 扩散长大模型的提出48-49
• 3.8 Ostwald Ripening Theory在AZG315镁合金固溶过程中的应用49-50
• 3.9 最佳固溶处理对AZG315合金力学性能的影响50-52
• 3.10 本章小结52-54
• 第四章 不同稀土Gd含量对AZ31镁合金显微结构和力学性能的影响54-64
• 4.1 铸态AZ31-xGd (x=3.25、3.52、4.15)合金的显微组织55-56
• 4.2 固溶处理(540°C+16h)后AZ31-xGd合金的显微组织56-57
• 4.3 固溶处理后AZ31-xGd合金力学性能和断口特征57-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第五章 结论64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-72
• 硕士期间发表论文72

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