Gd含量及制备工艺对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金组织和性能的影响

发布时间：2017-09-08 15:16

  本文关键词：Gd含量及制备工艺对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金组织和性能的影响

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【摘要】：为开发新型镁合金轮毂材料,本文以Mg-xGd-3Y-2Zn-0.6Zr合金为对象,采用低压铸造、重力铸造和挤压成形三种制备工艺,并对低压铸造的合金进行热处理工艺优化,研究了合金在不同Gd含量和不同制备工艺下组织和性能的差异。首先通过改变低压铸造的型壳温度、充型速度和熔体温度三个参数,研究Mg-xGd-3Y-2Zn-0.6Zr合金的低压铸造工艺对铸造成型性和铸态合金力学性能的影响。为分析低压铸造制备方法的性能优势和为后续研究提供铸坯,开展了重力铸造铸试验,比较与低压铸造Mg-xGd-3Y-2Zn-0.6Zr合金组织和性能的差异。以Mg-(4,8)Gd-3Y-2Zn-0.6Zr低压铸造合金为对象,优化其合金固溶处理和时效热处理工艺,研究热处理过程组织和相的变化。研究了挤压及挤压后热处理对Mg-xGd-3Y-2Zn-0.6Zr(x=0,4,6,8)合金组织和性能以及织构的影响。试验研究采用显微组织观察、扫描电镜及能谱分析,XRD分析、显微硬度、室温拉伸试验等分析方法。通过上述研究,获得以下结论:Mg-xGd-3Y-2Zn-0.6Zr(x=4,6,8wt%)合金低压铸造的优化工艺为:模温200℃,充型时间3~4s,低Gd的Mg-4Gd-3Y-2Zn-0.6Zr合金熔体浇注温度710-730℃,高Gd的Mg-6Gd-3Y-2Zn-0.6Zr和Mg-8Gd-3Y-2Zn-0.6Zr合金熔体浇注温度730-750℃。低压铸造的Mg-8Gd-3Y-2Zn-0.6Zr抗拉强度达到240MPa,屈服强度155MPa,延伸率达到10.8%。Mg-4Gd-3Y-2Zn-0.6Zr抗拉强度达到218MPa,屈服强度127MPa,延伸率达到15.6%。低压铸造制备合金性能优于薄壁铁模浇注的重力铸造合金。低压铸造和重力铸造的Mg-xGd-3Y-2Zn-0.6Zr合金,相的组成种类基本一致,由α-Mg、块状LPSO(长周期相Mg10(Gd,Y,Zn))、晶内条纹状LPSO(Mg12GdZn)、少量W-相(Mg3(Gd,Y,Zn))和MgRE相构成;相的体积分数和形态差异较大,重力铸造合金块状长周期相更粗大,晶内条纹状LPSO很少,MgRE相也更少。固溶温度越高,低压铸造Mg-(4,8)Gd-3Y-2Zn-0.6Zr合金到硬度峰值的时间越短。500℃充分固溶,晶内条纹状LPSO全部溶解,晶界处块状LPSO少量溶解,同时生成大量的MgRE相);520℃充分固溶,更多的块状LPSO溶解,但几乎没有MgRE相生成;540℃固溶,两种LPSO迅速分解成W-相。MgRE有利于强度提升,因而500℃充分固溶的合金强度最高,Mg-8Gd-3Y-2Zn-0.6Zr合金500℃-T4态抗拉强度达到302MPa,屈服强度162MPa,延伸率达到20.4%,满足高性能铸态镁合金轮毂的力学性能要求。Mg-(4,8)Gd-3Y-2Zn-0.6Z铸造合金经T6处理过程中时效析出的β'(Mg5(Gd,Y))相少且不稳定,强化效果弱,加之固溶强化减弱,合金的拉伸性能有微弱下降;铸态合金直接时效处理后,得益于发达的条纹状LPSO,合金的延伸率有大幅提高。挤压态未添加Gd的Mg-3Y-2Zn-0.6Zr合金抗拉强度达到313MPa,屈服强度245MPa,延伸率达到13.5%;Mg-8Gd-3Y-2Zn-0.6Zr合金挤压后强度达到350MPa,屈服强度282MPa,延伸率达到12.7%。添加8%Gd有助于提高挤压态Mg-3Y-2Zn-0.6Zr合金强度,同时弱化基面织构和柱面织构。挤压后经过200℃T5处理,Mg-3Y-2Zn-0.6Zr合金的抗拉强度为313MPa,屈服强度248MPa,延伸率达到14.5%,变化不大;Mg-4Gd-3Y-2Zn-0.6Zr抗拉强度从300提高到313MPa,屈服强度从251提高到290MPa,延伸率从8.1%变为10.8%。
【关键词】：低压铸造 重力铸造 固溶处理 微观组织 力学性能
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG292;TG166.4
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 课题背景及意义10
• 1.2 镁及镁合金简述10-11
• 1.3 镁及镁合金在汽车行业中的应用11-13
• 1.4 镁合金轮毂材料及成型工艺研究现状13-14
• 1.5 镁合金低压铸造技术14-16
• 1.6 稀土镁合金的热处理16-18
• 1.6.1 固溶强化16
• 1.6.2 析出强化16-17
• 1.6.3 弥散强化17
• 1.6.4 镁合金中LPSO结构的强化作用17-18
• 1.7 Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的研究现状18-19
• 1.8 变形镁合金概述19-21
• 1.8.1 镁合金的变形机制19-20
• 1.8.2 镁合金织构的形成20-21
• 1.9 课题研究目的21
• 1.10 研究内容21-22
• 2 实验方案和方法22-26
• 2.1 实验方案22
• 2.2 实验方法22-26
• 2.2.1 金相实验22-23
• 2.2.2 成分分析实验23
• 2.2.3 差示扫描量热法(DSC)23
• 2.2.4 物相分析23
• 2.2.5 扫描电镜及能谱分析23-24
• 2.2.6 硬度实验24
• 2.2.7 室温力学性能分析24
• 2.2.8 宏观织构分析24-26
• 3 Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金低压铸造工艺研究26-46
• 3.1 熔模壳体制备26-27
• 3.2 Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金熔模低压铸造成形工艺27-35
• 3.2.1 合金熔炼27-28
• 3.2.2 Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金低压铸造工艺研究28-34
• 3.2.3 铸造温度对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金力学性能影响34-35
• 3.3 不同铸造方式对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金组织和性能的影响35-43
• 3.3.1 低压铸造和重力铸造合金的物相分析35-36
• 3.3.2 Mg-Gd-Y-Zn-Zr组织分析36-39
• 3.3.3 Mg-Gd-Y-Zn-Zr力学性能分析39-41
• 3.3.4 Mg-Gd-Y-Zn-Zr断口分析41-43
• 3.4 本章小结43-46
• 4 热处理工艺对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金组织和性能的影响46-72
• 4.1 固溶工艺对铸造Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金显微组织和力学性能的影响46-59
• 4.1.1 固溶温度选择46
• 4.1.2 固溶硬度曲线46-49
• 4.1.3 固溶温度对物相的影响49
• 4.1.4 固溶处理组织和成分分析49-55
• 4.1.5 固溶处理对于晶粒度影响55-57
• 4.1.6 固溶工艺对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金力学性能的影响57
• 4.1.7 强化机理探讨57-59
• 4.2 时效工艺对铸造Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金显微组织和力学性能的影响59-70
• 4.2.1 时效硬度曲线59-60
• 4.2.2 时效工艺对物相种类的影响60-61
• 4.2.3 峰时效金相组织61-65
• 4.2.4 时效工艺对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金应力应变曲线影响65-66
• 4.2.5 时效Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金断口分析66-68
• 4.2.6 时效处理对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金力学性能影响68-70
• 4.3 本章小结70-72
• 5 Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金挤压变形性能研究72-84
• 5.1 挤压变形对合金组织和性能的影响72-77
• 5.1.1 挤压变形对合金组织和相变化影响72-75
• 5.1.2 挤压变形对合金性能的影响75-76
• 5.1.3 挤压合金织构变化76-77
• 5.2 T5时效处理对合金组织和性能的影响77-82
• 5.2.1 时效硬化曲线77-78
• 5.2.2 T5时效处理合金组织影响78-80
• 5.2.3 Gd元素对T5时效处理性能的影响80-81
• 5.2.4 T5态合金织构变化81-82
• 5.3 本章小结82-84
• 6 结论84-86
• 致谢86-88
• 参考文献88-96
• 附录：作者在攻读学位期间发表的论文目录96

【参考文献】

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本文编号：814746