热处理工艺对轧制ZK60镁合金的微观组织和高周疲劳性能影响

发布时间：2017-09-16 10:28

  本文关键词：热处理工艺对轧制ZK60镁合金的微观组织和高周疲劳性能影响

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【摘要】：镁合金具有密度相对较低、比强度相对于其它合金高以及可以用来循环利用等独特的优势,因此在航空制造、飞行器研制、汽车轻量化和节能环保等众多工程领域具有广泛的应用前景。然而,在这些领域里镁合金构件往往要承受疲劳载荷,所以在工程实践应用中不可避免的出现疲劳失效问题。近些年来,随着热处理工艺的日新月异,科研工作者通过不断研究表明通过合适的热处理工艺可以对镁合金的疲劳性能进行改善。因此,研究热处理对ZK60镁合金的组织变化以及高周疲劳性能的影响具有现实意义。采用金相显微镜、X-射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对三种状态的合金的组织与结构进行测试,并应用扫描电子显微镜(SEM)对其疲劳断口形貌进行观察(三种状态包括:轧制态的母材(As-Rolled)、固溶处理(T4处理)和固溶时效处理(T6处理))。采用拉伸试验机和维氏硬度测试仪对样品的力学应能进行测试,用高周疲劳试验机测试试样的疲劳性能。在450℃的温度条件和不同时间下进行固溶处理,通过硬度测试得到优化后的固溶处理参数T4为450℃×12 h,然后对利用该参数固溶处理后的试样进行人工时效处理,确定了最佳固溶时效处理参数T6为450℃×12h+175℃×25 h。试验研究结果表明,ZK60镁合金组织主要为α-Mg、MgZn和MgZn2,其形态和分布具有复杂性和多样性。经450℃保温12h的固溶工艺处理后,固溶后的组织中只有少许的MgZn2相;经过时效处理后,有第二相析出。试验结果表明,经过固溶处理(T4处理)和固溶时效处理(T6处理)使ZK60镁合金的疲劳性能得到改善。母材、T4处理和T6处理的三种状态下的疲劳强度分别:94.5MPa,112.4MPa和101.3MPa,即固溶处理后镁合金试样的疲劳强度最高。同时发现,在每个应力载荷下热处理试样的疲劳寿命比母材的疲劳寿命高。通过观察S-N曲线中疲劳寿命的分布可知,在106到107范围内母材和T4处理试样出现了疲劳寿命间隙,然而在T6处理的试样并没有观察到此现象,本文对其形成机理进行了分析。
【关键词】：镁合金 热处理 力学性能 疲劳行为
【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;TG166.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 选题背景和意义10-12
• 1.2 镁合金的力学性能及疲劳行为的研究现状12-17
• 1.2.0 金属材料的疲劳定义12-13
• 1.2.1 金属材料疲劳的研究进展13-14
• 1.2.2 镁合金材料特性及力学性能特点14-16
• 1.2.3 镁合金材料的滑移系特点分析16-17
• 1.2.4 镁合金材料的疲劳研究17
• 1.3 镁合金热处理工艺的研究进展17-20
• 1.3.1 镁合金材料的固溶处理理论18
• 1.3.2 镁合金材料的时效处理理论18-19
• 1.3.3 镁合金材料的其它热处理方式19-20
• 1.4 Mg-Zn系和金相的研究20
• 1.5 热处理对镁合金疲劳行为的影响的研究进展20-21
• 1.6 本论文研究的主要内容及技术路线21-23
• 第二章 试验材料及方法23-30
• 2.1 引言23
• 2.2 实验材料23
• 2.3 ZK60镁合金板材的热处理23-24
• 2.4 显微组织观察方法24
• 2.5 试验设备及应用条件24-28
• 2.5.1 硬度测量24
• 2.5.2 拉伸试验所用设备24-25
• 2.5.3 高周疲劳试验所用设备25-26
• 2.5.4 断口扫描所用设备26
• 2.5.5 光学显微镜(OM)26
• 2.5.6 X-射线衍射(XRD)设备及应用条件26-27
• 2.5.7 透射电子显微镜(TEM)及试剂27-28
• 2.6 试验结果记录及处理方法28-30
• 2.6.1 拉伸试验方法及数据处理28-29
• 2.6.2 疲劳试验方法及数据处理方法29-30
• 第三章 热处理对轧制态ZK60镁合金显微组织的影响30-42
• 3.1 引言30
• 3.2 轧制的ZK60镁合金组织研究30-34
• 3.2.1 板材的金相组织30-31
• 3.2.2 板材的X-射线衍射(XRD)分析31-32
• 3.2.3 板材的组织的透射分析32-34
• 3.3 ZK60镁合金的固溶及时效处理的显微硬度分析34-36
• 3.3.1 固溶处理试验过程及显微硬度34-35
• 3.3.2 时效处理试验过程及显微硬度35
• 3.3.3 固溶及时效处理试验处理试样的显微硬度分析35-36
• 3.4 ZK60镁合金固溶处理的组织研究36-38
• 3.4.1 镁合金固溶处理的金相组织36-37
• 3.4.2 镁合金固溶处理后的的X-射线(XRD)分析37
• 3.4.3 镁合金固溶处理后的的透射电子显微镜(TEM)分析37-38
• 3.5 ZK60镁合金时效处理的组织研究38-41
• 3.5.1 镁合金时效处理的金相组织38-39
• 3.5.2 镁合金时效处理后的的X-射线(XRD)分析39-40
• 3.5.3 镁合金时效处理后的的透射电子显微镜(TEM)分析40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第四章 热处理对轧制态ZK60镁合金高周疲劳性能的影响42-56
• 4.1 前言42
• 4.2 不同状态下ZK60镁合金室下的拉伸性能42-44
• 4.2.1 镁合金的室温拉伸性能42-43
• 4.2.2 沉淀相与力学性能关系的分析43-44
• 4.3 不同状态下ZK60镁合金室下的高周疲劳行为44-54
• 4.3.1 镁合金的高周疲劳性能44-47
• 4.3.2 镁合金的高周疲劳试样的表面形貌47-50
• 4.3.3 镁合金的高周疲劳试样的断裂行为50-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 结论56-58
• 参考文献58-63
• 致谢63-64
• 硕士期间论文发表情况64

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本文编号：862496