Mg-Al-Sn-Y合金组织与性能研究

发布时间：2017-10-14 05:15

  本文关键词：Mg-Al-Sn-Y合金组织与性能研究

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【摘要】：近几年来,随着对结构轻量化和节能减排的需求加剧,镁合金的发展越来越重要。本文以Mg-Al-Sn合金为基础,稀土元素Y、元素Mn为合金化元素,采用电磁感应熔炼炉在氩气氛围下熔炼制备出8中不同成分的合金,通过X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能量色散X射线谱仪(EDS)、拉伸试验机、电化学工作站和析氢实验装置等手段研究了元素Y、Mn对不同状态下合金的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。研究了Mg-4Al-2Sn-xY(x=0,0.5,1.0,1.5 wt.%)合金的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能。铸态Mg-4Al-2Sn合金呈现明显的枝晶结构,主要由α-Mg、Mg17Al12和Mg2Sn相组成。当添加元素Y后,铸态合金的枝晶发生细化,生成新的块状相Al2Y相,随着Y元素含量的增加,Al2Y相的数量逐渐增加、尺寸增大并发生一定的偏聚,而Mg17Al12相的数量逐渐减少并由沿晶界连续分布变成弥散分布。铸态合金的力学性能随着Y含量的增加而逐渐降低。合金均匀化后经热挤压变形后,合金晶粒细化,存在部分动态再结晶区,且有少量细小的Mg2Sn相沿着晶界析出,合金的力学性能随Y的添加有一定的提升。添加元素Y可以减弱Mg-4Al-2Sn合金的拉压不对称性,当Y的含量为1.0和1.5 wt.%,合金的CYS/TYS的值为0.93和1.06。添加Y可以改善合金的耐蚀性,随着Y含量的增加合金的耐蚀性先增加后降低再增加,其中,挤压态Mg-4Al-2Sn-0.5Y合金的耐蚀性最好。研究了Mg-4Al-2Sn-xY-0.4Mn(x=0,0.5,1.0,1.5 wt.%)合金的显微组织和力学性能。铸态Mg-4Al-2Sn-0.4Mn合金呈现明显的细小树枝晶状,由α-Mg相、Mg2Sn相、单质Mn和Al8Mn5相组成。添加合金元素Y后,铸态Mg-4Al-2Sn-xY-0.4Mn合金的组织形态发生变化并出现颗粒状的第二相Al2Y相。随着Y含量的增加,铸态枝晶的尺寸变化不大,铸态合金中的颗粒第二相尺寸长大并发生偏聚,且铸态合金的组织中连续的网状树枝晶逐渐被断开。合金均匀化后经热挤压变形后,合金晶粒细化,存在部分动态再结晶区,与Mg-4Al-2Sn-xY合金相比,动态再结晶区域增多。均匀化挤压态Mg-4Al-2Sn-0.4Mn合金的力学性能随Y的增加变化不大,说明添加元素Mn后,元素Y对合金的力学性能影响减弱,与Mg-4Al-2Sn-xY合金力学性能相比,微量Mn可以提高合金的强度。研究了未均匀化挤压态Mg-4Al-2Sn-xY-0.4Mn(x=0,0.5,1.0,1.5 wt.%)合金的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能。未均匀化挤压态Mg-4Al-2Sn-xY-0.4Mn合金呈现细小的等轴晶结构,明显可以看到沿着晶界分布一些细小弥散的纳米级颗粒Mg2Sn相,合金发生较为充分的动态再结晶。合金常温拉伸力学性能随着Y的添加有一定的提升,但较均匀化态挤压态Mg-4Al-2Sn-xY-0.4Mn合金的力学性能有所增加;200oC高温力学性能随着Y的添加变化不大,但高温的延伸率达到70%以上。合金的耐蚀性随着Y含量的增加先增加后降低再增加。其中,未均匀化挤压态Mg-4Al-2Sn-0.5Y合金的耐蚀性最好。因此,通过添加元素Y、元素Mn及热处理对Mg-4Al-2Sn合金进行优化,根据力学性能、耐蚀性能和经济性考虑,未均匀化挤压态Mg-4Al-2Sn-0.5Y-0.4Mn合金的性能最好,其常温屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为216 MPa、303 MPa和12.3%;200oC的高温的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为140 MPa、170 MPa和74.6%;自腐蚀电流密度为2.0511E-6 A/cm2。
【关键词】：Mg-4Al-2Sn-Y 热处理 塑性变形 Mn元素 显微组织 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5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 镁及镁合金10-11
• 1.2 常用的镁合金11-14
• 1.2.1 Mg-Al系12
• 1.2.2 Mg-Zn系12-13
• 1.2.3 Mg-Li系13
• 1.2.4 Mg-Mn系13
• 1.2.5 Mg-RE系13-14
• 1.3 镁合金的腐蚀14-15
• 1.3.1 镁合金的腐蚀分类14-15
• 1.3.2 提高镁合金腐蚀性能的方法15
• 1.4 镁合金变形工艺及热处理15-17
• 1.4.1 镁合金的变形工艺15-16
• 1.4.2 镁合金的热处理16-17
• 1.5 课题研究的目的和意义17-18
• 1.6 课题研究内容和技术路线18-20
• 1.6.1 研究内容18
• 1.6.2 技术路线18-20
• 2 实验方法20-26
• 2.1 实验材料制备及成分设计20-21
• 2.1.1 合金成分设计及原料选择20
• 2.1.2 合金熔炼20-21
• 2.1.3 合金成分分析21
• 2.1.4 合金热处理及挤压参数21
• 2.2 合金显微组织观察和测试21-22
• 2.2.1 物相分析21
• 2.2.2 金相组织观察21-22
• 2.2.3 扫描电镜组织观察及能谱分析22
• 2.3 合金性能测试22-26
• 2.3.1 常温力学性能测试22-23
• 2.3.2 高温力学性能测试23
• 2.3.3 电化学测试23
• 2.3.4 浸泡测试23-26
• 3 Mg-4Al-2Sn-xY合金组织和性能26-44
• 3.1 铸态和均匀化态Mg-4Al-2Sn-xY合金的显微组织26-32
• 3.1.1 铸态Mg-4Al-2Sn-xY合金的显微组织26-29
• 3.1.2 铸态合金Mg-4Al-2Sn-xY合金的力学性能29-30
• 3.1.3 均匀化态Mg-4Al-2Sn-xY合金的显微组织30-32
• 3.2 挤压态Mg-4Al-2Sn-xY合金的组织和性能32-39
• 3.2.1 挤压态Mg-4Al-2Sn-xY合金的显微组织32-35
• 3.2.2 挤压态Mg-4Al-2Sn-xY合金的室温力学性能35-39
• 3.3 挤压态Mg-4Al-2Sn-xY合金的腐蚀性能39-42
• 3.3.1 挤压态Mg-4Al-2Sn-xY合金的极化曲线39-41
• 3.3.2 挤压态Mg-4Al-2Sn-xY合金的析氢曲线41-42
• 3.4 本章小结42-44
• 4 Mg-4Al-2Sn-xY-0.4Mn合金组织和性能44-54
• 4.1 铸态和均匀化态Mg-4Al-2Sn-xY-0.4Mn合金的显微组织44-48
• 4.1.1 铸态Mg-4Al-2Sn-xY-0.4Mn合金的显微组织44-45
• 4.1.2 铸态Mg-4Al-2Sn-xY-0.4Mn合金的力学性能45-47
• 4.1.3 均匀化态Mg-4Al-2Sn-xY-0.4Mn合金的显微组织47-48
• 4.2 均匀化挤压态Mg-4Al-2Sn-xY-0.4Mn合金的显微组织和力学性能48-50
• 4.2.1 均匀化挤压态Mg-4Al-2Sn-xY-0.4Mn合金的显微组织48-49
• 4.2.2 均匀化挤压态Mg-4Al-2Sn-xY-0.4Mn合金的室温力学性能49-50
• 4.3 分析与讨论50-51
• 4.4 本章小结51-54
• 5 未均匀化挤压态Mg-4Al-2Sn-x Y-0.4Mn合金组织和性能54-64
• 5.1 未均匀化挤压态Mg-4Al-2Sn-xY-0.4Mn合金的显微组织54-56
• 5.2 未均匀化挤压态Mg-4Al-2Sn-xY合金的力学性能56-59
• 5.2.1 未均匀化挤压态Mg-4Al-2Sn-xY合金的室温力学性能56-57
• 5.2.2 未均匀化挤压态Mg-4Al-2Sn-xY合金的高温力学性57-59
• 5.3 未均匀化挤压态Mg-4Al-2Sn-xY-0.4Mn合金的腐蚀性能59-62
• 5.3.1 未均匀化挤压态Mg-4Al-2Sn-xY-0.4Mn合金的极化曲线59-60
• 5.3.2 未均匀化挤压态Mg-4Al-2Sn-xY-0.4Mn合金的析氢曲线60-62
• 5.4 分析与讨论62-63
• 5.5 本章小结63-64
• 6 结论64-66
• 致谢66-68
• 参考文献68-72

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