高强耐热Mg-Gd-Y合金的微观组织和力学性能研究

发布时间：2017-07-05 12:16

  本文关键词：高强耐热Mg-Gd-Y合金的微观组织和力学性能研究

  更多相关文章： Mg-Gd-Y合金 砂型铸造 轧制 微观组织 力学性能

【摘要】：镁合金作为最轻的金属结构材料,被誉为“二十一世纪绿色工程结构材料”,在航空航天、国防军工、汽车以及电子产品中具有极其重要的应用价值。但是镁合金相比铝合金室温和高温力学性能差,大大限制了其应用范围。近年来新研发的Mg-Gd-Y系合金具有很高的室温和高温强度以及良好的高温抗蠕变性能,受到了广泛的关注。然而,现有的研究主要集中在金属型铸造方面,关于砂型铸件的研究相对较少。此外该类合金薄板虽然具有较高的力学性能,但是现有研究所采用的制备方法成本相对较高且不利于连续化生产。本文以Mg-9Gd-4Y-Zr(wt.%)(以下简称GW94)合金为研究对象,研究了砂型铸造GW94合金单铸试棒的铸态、固溶态和峰值时效态下的微观组织和力学性能,并分析了相应的强韧化机理和断裂机制。此外,还对金属型铸造GW94合金铸锭在多道次热轧过程中的微观组织和力学性能的演变及规律进行了表征和分析,研究结果表明:(1)砂型铸造GW94合金的铸态组织主要由等轴晶α-Mg固溶体、晶界处的共晶相Mg24(Gd,Y)5以及少量的方块相Mg5(Gd,Y)组成。优化后的固溶处理工艺为525℃×6h。固溶处理后合金的微观组织转变为α-Mg的过饱和固溶体、铸态残留相Mg5(Gd,Y)以及固溶过程形成的方块相。(2)峰值时效态合金随着温度的升高,合金的伸长率不断提高,并出现了高温抗拉强度高于室温的反常力学行为,这可能是由于β′相优越的热稳定性和高温下多滑移系的启动所致。(3)室温拉伸时,铸态GW94合金断裂机制为以沿晶断裂为主的解理断裂;固溶态GW94合金断裂机制变为穿晶准解理断裂;峰值时效态GW94合金在室温拉伸的断裂机制为混合的穿晶准解理断裂和解理断裂,以准解理断裂为主,而高温拉伸时由于晶界的软化则转变为微孔聚集型的沿晶断裂。(4)轧制态GW94合金主要由粗大的变形组织、细小的再结晶组织以及孪晶组成。随着轧制道次的增加,组织逐渐均匀化,粗大变形组织和动态再结晶的体积分数不断降低,而孪晶的体积分数不断增加;最后一道次随着压下量的增加,组织逐渐不均匀化,动态再结晶体积分数增加,然而孪晶体积分数降低,并且晶界明显发生弯曲。所以,在该合金的多道次热轧过程中,道次间的退火是导致其组织均匀化,以及轧制过程中形成的动态再结晶长大的重要原因。(5)随着轧制道次的增加,晶界上的偏析沿RD方向成流线分布,且流线的数量不断增加,Mg5(Gd,Y)、Mg3(Gd,Y)相不断在偏析的流线内生成,固溶过程形成的相不断溶解,基体中第二相总的体积分数不断增加。(6)轧制态GW94合金的织构类型均为环状多峰织构,轧制过程是导致织构基面化和强度变强的主要原因,而道次间退火是织构弱化的主要原因。(7)随着轧制道次的增加,轧制态合金的抗拉强度和屈服强度逐渐增加,然而伸长率逐渐降低;断裂模式均为准解理断裂,且舌头花样逐渐增多。
【关键词】：Mg-Gd-Y合金 砂型铸造 轧制 微观组织 力学性能
【学位授予单位】：沈阳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-31
• 1.1 引言13
• 1.2 镁及镁合金概述13-19
• 1.2.1 纯镁的特点13-15
• 1.2.2 镁合金的特点15-16
• 1.2.3 镁合金牌号16-17
• 1.2.4 镁合金分类17
• 1.2.5 镁合金中元素的作用17-19
• 1.3 镁合金的强化机制19-22
• 1.3.1 细晶强化19-20
• 1.3.2 固溶强化20
• 1.3.3 析出强化20-21
• 1.3.4 弥散强化21-22
• 1.3.5 形变强化22
• 1.4 变形镁合金22-27
• 1.4.1 变形镁合金的分类以及牌号22-23
• 1.4.2 镁合金塑性变形理论23-25
• 1.4.3 镁合金的塑性加工技术25-27
• 1.5 镁合金织构27-31
• 1.5.1 镁合金织构分类27
• 1.5.2 镁合金板材织构形成原因27-29
• 1.5.3 稀土镁合金轧制板材弱基面织构或非基面织构29-31
• 第2章 实验合金制备以及实验方法31-41
• 2.1 实验方案31
• 2.2 实验材料的制备31-33
• 2.2.1 合金成分设计31-32
• 2.2.2 实验原材料32
• 2.2.3 合金的熔炼与浇注32-33
• 2.2.4 熔炼后试样尺寸和成分33
• 2.3 砂型GW94合金的热处理33-34
• 2.3.1 固溶处理33-34
• 2.3.2 时效处理34
• 2.4 金属型GW94合金固溶处理以及热轧过程34-36
• 2.4.1 金属型GW94合金固溶处理34-35
• 2.4.2 金属型GW94合金热轧规程35-36
• 2.5 微观组织分析36-38
• 2.5.1 光学金相以及扫描电镜观察36-37
• 2.5.2 XRD表征37
• 2.5.3 织构表征37-38
• 2.6 合金力学性能测试38-39
• 2.6.1 显微硬度测试38
• 2.6.2 砂型GW94合金拉伸性能测试38
• 2.6.3 金属型GW94合金拉伸性能测试38-39
• 2.7 定量金相分析39-41
• 第3章 砂型铸造Mg-9Gd-4Y-0.5Zr合金的微观组织和力学性能研究41-59
• 3.1 引言41-42
• 3.2 砂型GW94合金的微观组织42-48
• 3.2.1 铸态组织42-44
• 3.2.2 固溶态组织44-48
• 3.3 砂型GW94合金的力学性能48-53
• 3.3.1 时效硬化响应48-50
• 3.3.2 拉伸性能50-53
• 3.4 砂型GW94合金的断裂行为53-57
• 3.5 小结57-59
• 第4章 金属型GW94合金轧制工艺的探究59-75
• 4.1 引言59-60
• 4.2 金属型GW94合金的微观组织60-69
• 4.2.1 金相组织60-64
• 4.2.2 扫描电镜组织64-67
• 4.2.3 织构67-69
• 4.3 力学性能69-70
• 4.4 断裂行为70-72
• 4.5 小结72-75
• 第5章 结论75-77
• 参考文献77-83
• 在学期间研究成果83-85
• 致谢85-86

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本文编号：521931