含Sm镁合金显微组织和力学性能控制的基础研究

发布时间：2017-08-29 20:15

  本文关键词：含Sm镁合金显微组织和力学性能控制的基础研究

  更多相关文章： 镁合金 含Sm镁合金 Mg-Sm-Mn-Sc镁合金 Mg-Sm-Mn-Zn镁合金 Mg-Y-Zn-Zr镁合金

【摘要】：含Sm镁基合金作为一种有发展前途的镁合金,其研究开发正受到国内外的广泛关注和高度重视。目前,含Sm镁基合金的研究主要集中在含Sm镁合金体系相图的建立完善以及利用Sm合金化和/或微合金化改性现有镁合金等方面,而对于把Sm作为主要合金元素开发新型含Sm镁合金方面的研究也还非常少。此外,对于Sm合金化和/或微合金化影响镁合金组织性能的研究也还非常不系统,一是涉及的镁合金牌号较少,二是合金化和/或微合金化对含Sm镁合金组织性能影响的研究还基本上没有涉及。因此,针对含Sm镁合金显微组织和力学性能的控制展开基础研究,对于高性能含Sm镁基合金的开发及扩大镁合金的应用具有非常重要的理论指导意义和实际应用价值。本文基于所设计的Mg-3Sm-1.2Mn-0.9Sc/1Zn和Mg-3Y-2Zn-0.6Zr(wt.%)基镁合金,利用差热分析(DSC)、光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和拉伸性能测试等手段,主要研究了Zr微合金化和热处理对Mg-3Sm-1.2Mn-0.9Sc/1Zn基试验镁合金显微组织和力学性能的影响以及Sm添加和热处理对Mg-3Y-2Zn-0.6Zr试验镁合金显微组织和力学性能的影响,并得到了以下主要研究结果:(1)Mg-3Sm-1.2Mn-0.9Sc试验镁合金的铸态组织主要由初生α-Mg、少量颗粒状Mg41Sm5和Mn2Sc三种相组成。同时,添加0.6wt.%Zr到Mg-3Sm-1.2Mn-0.9Sc镁合金中后,合金铸态组织中合金相的类型没有发生明显改变,但合金的晶粒被细化。此外,添加0.6wt.%Zr到Mg-3Sm-1.2Mn-0.9Sc镁合金中后,合金的室温抗拉性能出现出现不同程度的降低。(2)热处理对Mg-3Sm-1.2Mn-0.9Sc基试验镁合金的室温抗拉性能存在较大的影响。当含Zr和不含Zr的Mg-3Sm-1.2Mn-0.9Sc镁合金经T4(525℃×12h+淬水)和T6(525℃×12h+淬水+250℃×24h+空冷)热处理后,合金的抗拉强度和延伸率均有增加,但屈服强度均稍有降低。在T4和T6两种热处理方式中,以T6热处理对试验镁合金室温抗拉性能的改善相对较佳。此外,Mg-3Sm-1.2Mn-0.9Sc基镁合金经T5(275℃×36h/48h)处理后,不含Zr镁合金的室温抗拉性能下降,并且其抗拉强度和延伸率随着T5处理时间的延长会进一步降低。相反,含Zr镁合金的室温抗拉性能在T5热处理后略有增加,并且其抗拉强度和延伸率会随着T5处理时间的增加而增加。(3)Mg-3Sm-1.2Mn-1Zn试验镁合金的铸态组织主要由初生α-Mg和Mg41Sm5两种相组成。同时,添加0.6 wt.%Zr到Mg-3Sm-1.2Mn-1Zn镁合金中后,合金铸态组织中合金相的类型没有发生变化,但合金的晶粒被明显细化。此外,添加0.6wt.%Zr到Mg-3Sm-1.2Mn-1Zn镁合金中后,合金的室温抗拉性能被明显改善。(4)热处理对Mg-3Sm-1.2Mn-1Zn基试验镁合金室温抗拉性能的影响明显。当含Zr和不含Zr的Mg-3Sm-1.2Mn-1Zn镁合金经T4(500℃×12h+淬水)热处理后,不含Zr合金的室温抗拉性能显著改善,而含Zr合金的室温抗拉强度和延伸率虽然也大幅提高,但其室温屈服强度稍有降低。同时,与T4处理后的室温抗拉性能相比,含Zr和不含Zr的Mg-3Sm-1.2Mn-1Zn镁合金经T6(500℃×12h+淬水+250℃×24h+空冷)处理的室温抗拉性能改善不明显。此外,Mg-3Sm-1.2Mn-1Zn基镁合金经T5(275℃×36h/48h)处理后,含Zr镁合金的室温抗拉性能在T5热处理后会降低,相反,不含Zr镁合金的室温抗拉性能在T5处理后稍微有所增加。(5)Mg-3Y-2Zn-0.6Zr试验镁合金的铸态组织主要由初生α-Mg相、Mg12YZn(X)相、Mg3Y2Zn3(W)相以及少量的Mg24Y5相组成,并且当试验合金中添加3wt.%Sm后,合金铸态组织中合金相的类型没有发生变化。同时,添加3wt.%Sm还会降低Mg-3Y-2Zn-0.6Zr试验镁合金的室温抗拉性能。进一步,热处理对含Sm和不含Sm的Mg-3Y-2Zn-0.6Zr镁合金的室温抗拉性能存在不同的影响。当试验合金经T4(500℃×24h+淬水)处理后,不含Sm合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率降低,而含Sm合金的抗拉强度和屈服强度虽然也降低,但延伸率大幅提高。此外,含Sm和不含Sm试验合金经T6(500℃×24h+淬水+225℃×12h+空冷)热处理后,虽然合金的屈服强度有所降低,但抗拉强度尤其是延伸率明显增加。
【关键词】：镁合金 含Sm镁合金 Mg-Sm-Mn-Sc镁合金 Mg-Sm-Mn-Zn镁合金 Mg-Y-Zn-Zr镁合金
【学位授予单位】：重庆理工大学
【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
• 1 绪论11-23
• 1.1 镁合金概述11-13
• 1.1.1 镁合金的性质11
• 1.1.2 镁合金的分类及应用11-13
• 1.2 稀土镁合金的研究现状13-15
• 1.3 Mg-Re-Mn-Sc系镁合金的研究现状15-17
• 1.4 Mg-Re-Mn-Zn系镁合金的研究现状17-19
• 1.5 Sm在镁合金中的应用现状19-21
• 1.6 本文的主要研究目的和意义21
• 1.7 本文的主要研究内容21-23
• 2 实验材料及实验方法23-29
• 2.1 研究方案23
• 2.2 试样制备23-24
• 2.2.1 合金成分的确定23
• 2.2.2 实验原材料23-24
• 2.3 实验合金的熔炼24-25
• 2.4 实验合金的热处理25
• 2.5 组织与性能测试方法25-29
• 2.5.1 普通金相观察（OM）25
• 2.5.2 差示扫描量热法（DSC）25-26
• 2.5.3 扫描电镜（SEM）及能谱分析（EDS）26
• 2.5.4 XRD分析26
• 2.5.5 室温力学性能测试26
• 2.5.6 显微硬度测试26-29
• 3 实验结果与分析29-71
• 3.1 Mg-3Sm-1.2Mn-0.9Sc基镁合金的显微组织和力学性能29-42
• 3.1.1 Mg-3Sm-1.2Mn-0.9Sc基镁合金的铸态显微组织29-32
• 3.1.2 Mg-3Sm-1.2Mn-0.9Sc基镁合金的铸态力学性能32-33
• 3.1.3 Mg-3Sm-1.2Mn-0.9Sc基镁合金热处理后的显微组织33-38
• 3.1.4 Mg-3Sm-1.2Mn-0.9Sc基镁合金热处理后的力学性能38-42
• 3.2 Mg-3Sm-1.2Mn-1Zn基镁合金的显微组织和力学性能42-54
• 3.2.1 Mg-3Sm-1.2Mn-1Zn基镁合金的铸态显微组织42-45
• 3.2.2 Mg-3Sm-1.2Mn-1Zn基镁合金的铸态力学性能45-46
• 3.2.3 Mg-3Sm-1.2Mn-1Zn基镁合金热处理后的显微组织46-51
• 3.2.4 Mg-3Sm-1.2Mn-1Zn基镁合金热处理后的力学性能51-54
• 3.3 Sm对Mg-3Y-2Zn-0.6Zr镁合金显微组织和力学性能的影响54-66
• 3.3.1 Sm对Mg-3Y-2Zn-0.6Zr镁合金铸态组织的影响54-58
• 3.3.2 Sm对Mg-3Y-2Zn-0.6Zr镁合金铸态抗拉性能的影响58-60
• 3.3.3 Sm对Mg-3Y-2Zn-0.6Zr镁合金铸态组织和性能的影响分析60-61
• 3.3.4 Sm对Mg-3Y-2Zn-0.6Zr镁合金热处理态显微组织的影响61-65
• 3.3.5 Sm对Mg-3Y-2Zn-0.6Zr镁合金热处理态抗拉性能的影响65-66
• 3.4 分析讨论66-71
• 3.4.1 Zr对Mg-3Sm-1.2Mn-0.9Sc/1Zn镁合金显微组织的影响分析66-68
• 3.4.2 Mg-3Sm-1.2Mn-0.9Sc与Mg-3Sm-1.2Mn-1Zn基镁合金的组织性能比较68-71
• 4 结论71-73
• 致谢73-75
• 参考文献75-79
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果79

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本文编号：755216