长周期堆垛有序结构增强Mg-Gd-Ni合金的研究

发布时间：2017-10-14 01:31

  本文关键词：长周期堆垛有序结构增强Mg-Gd-Ni合金的研究

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【摘要】：作为当今世界最轻的金属结构材料，，镁合金比强度、比刚度高，在航空航天、汽车等领域已有一定应用，但较差的塑性、高温力学性能制约了镁合金的广泛应用。近些年，人们发现长周期堆垛有序（LPSO）结构相不仅硬度高、弹性模量高，而且热稳定性高，是镁合金中优异的强化相，可大大提高镁合金的室温和高温力学性能。 本文用常规铸造法制备了LPSO结构增强的Mg96Gd3Zn1-xNix(x=0,0.1,0.3,0.5,1)和Mg95.7Gd3Ni1Al0.3Sry(y=0,0.1,0.2,0.3)合金，并对合金进行热处理，探究了Zn、Ni元素参与形成Mg-Gd合金中LPSO相的异同点及原因、Ni部分取代或完全取代Mg96Gd3Zn1合金中的Zn元素对合金的影响，以及Al和Sr元素对Mg96Gd3Ni1合金的组织形貌和力学性能的影响。研究结果如下： 添加Ni元素不仅可以促使铸态Mg-Gd-Zn合金中生成大量LPSO相，还可以大幅度提高铸态合金的强度尤其是塑性。铸态Mg96Gd3Ni1合金的抗拉强度和伸长率分别达203MPa和8.8%，相比Mg96Gd3Zn1合金分别提高了19.7%和63.6%。经过固溶处理，Mg-Gd-Zn和Mg-Gd-Zn-Ni合金中均生成大量LPSO相，且LPSO相的成分中Gd与Zn、Ni原子和之比始终基本相同。Mg-Gd-Ni合金中的LPSO相具有较高的热稳定性，在固溶处理时没有发生明显变化。经过时效处理，所有Mg-Gd-Zn、Mg-Gd-Zn-Ni和Mg-Gd-Ni合金的抗拉强度和伸长率都得到提高。相比Zn元素，Ni对提高时效态合金的抗拉强度的幅度较小，但Ni元素可明显提高铸态和时效态合金的塑性。 在Mg96Gd3Ni1合金中添加0.3at.%Al，合金中LPSO相的体积分数明显提高；合金中的枝晶得到改善，晶粒明显细化；合金中生成细小弥散分布的杆状和花瓣状Mg-Gd-Ni-Al四元新相，它们的成分分别为Mg73.9Gd9.3Ni8.5Al8.3、Mg44.4Gd16.9Ni16.3Al22.4，花瓣状相具有特殊形貌，其花瓣间夹角约为60度，且这些新相具有较高的热稳定性和硬度。 添加Sr元素可进一步细化Mg95.7Gd3Ni1Al0.3合金的显微组织；添加0.1at.%Sr即可达到较好的晶粒细化效果，过量Sr（0.3at.%）使合金中生成三元Mg-Gd-Sr新相；Sr元素不直接参与杆状和花瓣状相的生成，但可明显促进这些相的长大。通过添加0.3at.%Al和0.1at.%Sr，Mg96Gd3Ni1合金的组织明显细化、LPSO相增多，并且杆状相和花瓣状相对合金具有弥散强化效果，合金的宏观硬度得到明显提高。
【关键词】：长周期堆垛有序（LPSO）结构 Mg-Gd-Ni合金 Mg-Gd-Zn Al微合金化 Sr微合金化
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 镁及镁合金的基本性质11-12
• 1.2 镁合金的强化12-13
• 1.2.1 细晶强化12
• 1.2.2 合金化12
• 1.2.3 热处理12-13
• 1.2.4 变形加工13
• 1.3 长周期堆垛有序结构增强镁合金13-17
• 1.3.1 长周期堆垛有序结构13-14
• 1.3.2 长周期堆垛有序结构增强镁合金14-15
• 1.3.3 长周期结构的形成与转变15-16
• 1.3.4 长周期堆垛有序结构的强化机理16-17
• 1.4 Mg-Gd(Y)-Zn(Ni)合金系的研究现状17-18
• 1.4.1 Mg-Gd(Y)-Zn 合金17
• 1.4.2 Mg-Y-Zn(Ni)合金17-18
• 1.5 选题意义及研究内容18-20
• 1.5.1 选题意义18
• 1.5.2 研究内容18-20
• 参考文献20-25
• 第二章 实验过程与研究方法25-33
• 2.1 实验步骤25-26
• 2.2 合金的制备26-30
• 2.2.1 原料及合金成分26
• 2.2.2 熔炼设备及保护气26-27
• 2.2.3 坩埚及其他工具的涂料涂刷27-28
• 2.2.4 覆盖剂和精炼剂28-29
• 2.2.5 熔炼工艺29-30
• 2.3 合金的热处理30
• 2.4 合金的组织观察与检测30-31
• 2.5 合金的力学性能测试31-33
• 第三章 铸态和热处理态长周期堆垛有序结构增强 Mg_(96)Gd_3(Zn,Ni)1合金33-49
• 3.1 引言33-35
• 3.2 铸态 Mg-Gd-Zn-Ni 合金35-39
• 3.2.1 铸态 Mg-Gd-Zn-Ni 合金的显微组织35-38
• 3.2.2 铸态 Mg-Gd-Zn-Ni 合金的力学性能38-39
• 3.3 固溶态 Mg-Gd-Zn-Ni 合金的显微组织39-43
• 3.4 时效态 Mg-Gd-Zn-Ni 合金的显微组织和力学性能43-46
• 3.5 小结46-47
• 参考文献47-49
• 第四章 Al 元素对长周期堆垛有序结构增强 Mg-Gd-Ni 合金组织形貌和力学性能的影响49-59
• 4.1 引言49-50
• 4.2 Al 元素对铸态 Mg_(96)Gd_3Ni_1合金显微组织的影响50-54
• 4.2.1 铸态 Mg_(96)Gd_3Ni_1合金的显微组织50
• 4.2.2 铸态 Mg_(95.7)Gd_3Ni_1Al_(0.3)合金的显微组织50-53
• 4.2.3 铸态 Mg_(96)Gd_3Ni_1和 Mg_(95.7)Gd_3Ni_1Al_(0.3)合金的差热分析53-54
• 4.3 固溶和时效态 Mg_(95.7)Gd_3Ni_1Al_(0.3)合金的显微组织54-56
• 4.3.1 固溶态 Mg_(95.7)Gd_3Ni_1Al_(0.3)合金的显微组织54-55
• 4.3.2 时效态 Mg_(95.7)Gd_3Ni_1Al_(0.3)合金55-56
• 4.4 Al 元素对 Mg_(96)Gd_3Ni_1合金硬度的影响56-57
• 4.5 小结57-58
• 参考文献58-59
• 第五章 元素 Sr 对铸态和热处理态 Mg_(95.7)Gd_3Ni_1Al_(0.3)合金的影响59-71
• 5.1 引言59-60
• 5.2 Sr 元素对铸态 Mg_(95.7)Gd_3Ni_1Al_(0.3)合金显微组织的影响60-64
• 5.2.1 铸态 Mg_(95.6)Gd_3Ni_1Al_(0.3)Sr_(0.1)合金的显微组织60-62
• 5.2.2 铸态 Mg_(95.5)Gd_3Ni_1Al_(0.3)Sr0.2合金的显微组织62-63
• 5.2.3 铸态 Mg_(95.4)Gd_3Ni_1Al_(0.3)Sr_(0.3)合金的显微组织63-64
• 5.3 固溶和时效态 Mg_(95.7)-xGd_3Ni_1Al_(0.3)Sr_x(x = 0.1, 0.2, 0.3)合金的组织形貌64-66
• 5.4 Mg_(95.7)-xGd_3Ni_1Al_(0.3)Sr_x(x = 0.1, 0.2, 0.3)合金的力学性能66-68
• 5.4.1 Mg_(95.7)-xGd_3Ni_1Al_(0.3)Sr_x(x = 0.1, 0.2, 0.3)合金中相的显微硬度66-67
• 5.4.2 Mg_(95.7)-xGd_3Ni_1Al_(0.3)Sr_x(x = 0.1, 0.2, 0.3)合金的宏观硬度67-68
• 5.5 小结68-69
• 参考文献69-71
• 第六章 结论与展望71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 展望72-73
• 致谢73-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：1028258