Nd含量对镁合金组织和力学性能影响的研究

发布时间：2017-09-14 20:34

  本文关键词：Nd含量对镁合金组织和力学性能影响的研究

  更多相关文章： Mg-Y-Zr-Nd Mg-Al-Ca-Nd 轧制退火 微观组织 力学性能

【摘要】：在过去的几十年中,镁合金受到了极大的关注。作为最轻质的结构金属,镁合金在3C和航空航天领域有着广泛应用。与其他结构金属材料(如铝合金和钢)相比,镁合金的大规模商业化被其强度不高、塑性较差、高温性能不好等缺点所严重限制,由于其密排六方的晶体结构,导致镁合金室温滑移数目不足。合金化是一种能有效提高镁合金的力学性能的方法,同时机械热变形能够通过晶粒细化提高镁的成形性能。因此,进一步提高镁合金的力学性能,探索合金化对镁合金微观组织和力学性能的影响规律与机制,为镁合金材料的功能和结构一体化打下基础,提升镁合金价值,扩大镁合金应用。本文对Mg-Y-Zr和Mg-Al-Ca镁合金添加不同含量的Nd,以期望获得力学性能良好的优化合金成分。并采用金相分析、XRD、SEM、EDS、TEM、拉伸、压缩测试等实验手段,研究了Nd添加对Mg-Y-Zr和Mg-Al-Ca镁合金组织和性能的影响。由此得到的研究结果如下:(1)在没有添加Nd的合金中,存在α-Mg和Mg24Y5相,当Nd加入到Mg-Y-Zr合金中,会形成新的β相(Mg12YNd2)。热挤压过后的合金基体中,随着Nd含量的增加,弥散分布着越来越多的破碎的Mg24Y5和Mg14YNd2相,促进了挤压态合金动态再结晶行为,并且动态再结晶的体积分数增加,合金的晶粒也从4.58μm细化到1.28μm。Nd含量由0增大到2.63%,挤压合金的抗拉强度和屈服强度增大,最大值分别达到285MPa和233MPa,未添加Nd的合金表现出最好的延伸率为29.1%,但延伸率随着Nd含量的增加降低至4.71%。(2)Mg-Y-Zr-Nd系合金挤压板材在热轧后发生了明显的再结晶现象,晶粒沿轧制方向拉长,第二相在轧制过程中被破碎并且沿轧制方向分布,Nd元素含量的增加导致轧制板材的基面织构强度降低。退火后的Mg-Y-Zr-Nd系合金轧制板材发生静态再结晶,晶粒大小变得均匀,基面织构强度较轧制态相比得到了弱化。退火不能改变板材的基面织构类型,但会大大降低基面织构强度。退火后Mg-Y-Zr-Nd系合金轧制板材的抗拉强度和屈服强度降低,延伸率提高。本课题中的挤压轧制、退火处理,获得了高性能的Mg-Y-Zr-Nd合金板材,其力学性能明显优于现行的商用镁合金板材的力学性能,具有较好的工程应用潜力。(3)在没有添加Nd的Mg-Al-Ca合金中,存在α-Mg、Mg17Al12和Al2Ca相,当Nd加入到Mg-Al-Ca合金中,会与Al原子结合形成新的Al11Nd3相和Al2Nd相,Al11Nd3相和Al2Nd相的数量随Nd含量的升高而增多。随着Nd含量的增加,挤压合金的晶粒得到细化,并且可以有效地弱化合金的(0002)基面织构。挤压合金在150℃的抗拉强度和屈服强度随着Nd含量的增加而增大,延伸率逐渐下降,但维持在较高水平(不低于39%)。强度的提高是细晶强化、第二相强化和固溶强化综合作用。挤压态Mg-Al-Ca-1.76Nd在150℃表现出最高的抗拉强度(229MPa)和屈服强度(159MPa)并维持较高的延伸率(39.3%)。该合金在150℃具有比商用WE43镁合金更高的力学性能,且成本比WE43合金更低。在室温时,其力学性能也表现出相同的趋势。
【关键词】：Mg-Y-Zr-Nd Mg-Al-Ca-Nd 轧制退火 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】：TG146.22
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 镁合金概述9-10
• 1.2 变形镁合金的特点10-11
• 1.3 镁-稀土合金化的研究现状11-16
• 1.3.1 稀土元素的特性12-13
• 1.3.2 稀土对镁合金微观组织的影响13-15
• 1.3.3 稀土对镁合金力学性能的影响15-16
• 1.4 稀土Nd对镁合金组织与力学性能的研究现状16-19
• 1.5 本课题的研究目的及内容19-21
• 2 实验材料和实验方法21-27
• 2.1 实验原材料的制备21-22
• 2.2 热挤压及轧制退火实验22-23
• 2.2.1 Mg-Y-Zr-Nd镁合金的热挤压22-23
• 2.2.2 挤压态Mg-Y-Zr-Nd镁合金板材的热轧及退火工艺23
• 2.2.3 Mg-Al-Ca-Nd镁合金的热挤压23
• 2.3 材料组织表征23-25
• 2.3.1 成分检测(ICP)23-24
• 2.3.2 差热分析(DSC)24
• 2.3.3 X射线衍射分析(XRD)24
• 2.3.4 金相组织观察(OM)24
• 2.3.5 扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)24
• 2.3.6 透射电镜分析(TEM)24
• 2.3.7 XRD宏观织构测定24-25
• 2.4 材料力学性能测试25-27
• 2.4.1 显微硬度25
• 2.4.2 室温拉伸25
• 2.4.3 高温拉伸25-26
• 2.4.4 室温压缩26-27
• 3 Nd对Mg-Y-Zr合金组织及性能的影响27-49
• 3.1 Nd对铸态Mg-Y-Zr合金的影响27-35
• 3.1.1 Nd对铸态Mg-Y-Zr合金组织的影响27-32
• 3.1.2 Nd对铸态Mg-Y--Zr合金力学性能的影响32-35
• 3.2 Nd对挤压态Mg-Y-Zr合金的影响35-47
• 3.2.1 Nd对挤压态Mg-Y-Zr合金组织的影响35-40
• 3.2.2 Nd含量对挤压态Mg-Y-Zr合金织构的影响40-41
• 3.2.3 Nd对挤压态Mg-Y-Zr合金力学性能的影响41-46
• 3.2.4 Nd对Mg-Y-Zr挤压板材的各向异性的影响46-47
• 3.3 本章小结47-49
• 4 Mg-Y-Zr-xNd合金轧制板材及其退火后的组织与性能49-73
• 4.1 40%轧制变形量Mg-Y-Zr-xNd板材及其退火的组织与性能49-58
• 4.1.1 40%轧制变形量Mg-Y-Zr-xNd板材及其退火后的显微组织49-54
• 4.1.2 40%轧制变形量Mg-Y-Zr-xNd板材及其退火后的织构演变54-56
• 4.1.3 40%轧制变形量Mg-Y-Zr-xNd板材及其退火后的力学性能56-58
• 4.2 60%轧制变形量Mg-Y-Zr-xNd板材及其退火的组织与性能58-71
• 4.2.1 60%轧制变形量Mg-Y-Zr-xNd板材及其退火后的显微组织59-64
• 4.2.2 60%轧制变形量Mg-Y-Zr-xNd板材及其退火后的织构演变64-68
• 4.2.3 60%轧制变形量Mg-Y-Zr-xNd板材及其退火后的力学性能68-71
• 4.3 本章小结71-73
• 5 Nd对Mg-Al-Ca合金组织及性能的影响73-95
• 5.1 Nd对铸态Mg-Al-Ca合金的影响73-79
• 5.1.1 Nd对铸态Mg-Al-Ca合金组织的影响73-78
• 5.1.2 Nd对铸态Mg-Al-Ca合金硬度的影响78-79
• 5.2 Nd对挤压态Mg-Al-Ca合金的影响79-94
• 5.2.1 Nd对挤压态Mg-Al-Ca合金组织的影响79-84
• 5.2.2 Nd对挤压态Mg-Al-Ca合金织构的影响84-86
• 5.2.3 Nd对挤压态Mg-Al-Ca合金力学性能的影响86-94
• 5.3 本章小结94-95
• 6 结论95-97
• 致谢97-99
• 参考文献99-107
• 附录107
• A.作者在攻读学位期间发表的论文目录107
• B.作者在攻读学位期间取得的科研成果目录107

【参考文献】

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本文编号：852199