往复挤压准晶增强Mg-Zn-Gd合金组织与力学性能研究

发布时间：2017-10-23 12:21

  本文关键词：往复挤压准晶增强Mg-Zn-Gd合金组织与力学性能研究

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【摘要】：准晶相作为一种具有旋转对称性而无平移对称性的特殊第二相,表现出了高硬度、高强度、热稳定性良好以及低表面能等优点,不仅可以有效改善镁合金的性能,也可以在塑性变形过程中起到促进动态再结晶、织构随机化等效果,从而进一步调控组织改善性能。本文设计并制备了三种准晶增强Mg-Zn-Gd合金:Mg-1.5Zn-0.25Gd(低准晶含量),Mg-3.5Zn-0.6Gd(中等准晶含量),Mg-4.5Zn-0.75Gd(高准晶含量)(at.%),对其铸态组织、拉伸性能及耐磨损性能进行了研究。之后对三种铸态合金在250°C,300°C,350°C,400°C四种温度下进行了往复挤压,研究了往复挤压工艺对Mg-Zn-Gd合金微观组织、织构演变以及力学性能的影响。首先对铸态合金进行了组织与力学性能表征,发现合金均主要由α-Mg与二十面体准晶相构成,准晶相主要以大块树枝状的形式存在,且随着合金元素含量的提高,准晶相的含量逐渐提高,材料的显微组织得到细化。力学性能研究发现,准晶相可以大幅提升铸态Mg-Zn-Gd合金的强度,同时会降低其塑性,随着合金元素含量的提升,合金的屈服强度与抗拉强度大幅提升,延伸率下降。而且准晶相可以提高铸态MgZn-Gd合金的耐磨性与减摩性,随着准晶含量的提升,合金的磨损失重大幅下降,同时摩擦系数降低。随着摩擦载荷上升,铸态Mg-Zn-Gd合金的磨损类型由氧化磨损变为磨料磨损,最后变为接触磨损。对退火态Mg-1.5Zn-0.25Gd合金的研究发现,镁基体中出现大量析出相,包括Mg4Zn7相、MgZn2相及准晶相,且不同析出相由于铸态合金的合金元素偏析而呈现分区分布的状态,且合金成分对于纳米准晶相的析出起到至关重要的作用,随着退火时间延长,纳米准晶相的尺寸增加。在250°C,300°C,350°C,400°C四种温度下对三种合金进行了往复挤压,研究了工艺参数、准晶含量对于合金微观组织、变形织构以及力学性能的影响。实验结果表明,随着往复挤压道次增加,Mg-Zn-Gd合金的组织逐渐细化,由不完全再结晶转变为完全再结晶组织且晶粒显著细化,大块准晶相逐渐破碎并在基体中均匀分布,大量球状纳米准晶相析出并长大,织构显著弱化。材料的屈服极限下降,延伸率显著上升,Mg-1.5Zn-0.25Gd合金经350°C下8道次往复挤压后屈服强度、抗拉强度与延伸率分别为159MPa、251MPa与31.4%。随温度的上升,往复挤压后材料的晶粒尺寸增加,大块准晶相碎化程度上升,纳米准晶相析出增加且尺寸增大。材料的屈服极限随温度而下降,延伸率先上升后下降,在350°C时延伸率达到最高。随着合金中准晶相含量上升,往复挤压后材料的晶粒尺寸下降,材料屈服极限上升,延伸率下降。
【关键词】：Mg-Zn-Gd合金 准晶 大塑性变形 往复挤压 显微组织 力学性能
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-31
• 1.1 前言9
• 1.2 镁合金变形机理9-11
• 1.2.1 基本变形模式10-11
• 1.2.2 变形镁合金11
• 1.3 自生准晶增强镁合金11-16
• 1.3.1 准晶11-13
• 1.3.2 Mg-Zn-RE系镁合金13-14
• 1.3.3 准晶增强镁合金14-16
• 1.4 大塑形变形技术16-22
• 1.4.1 等通道转角挤压（ECAP）17-18
• 1.4.2 累积轧制18-19
• 1.4.3 高压扭转19-20
• 1.4.4 往复挤压20-22
• 1.5 课题意义与研究内容22-24
• 1.5.1 课题意义22-23
• 1.5.2 研究内容23-24
• 参考文献24-31
• 第二章 实验过程与研究方法31-38
• 2.1 工艺路线31-32
• 2.2 合金制备32-33
• 2.3 热处理33
• 2.4 往复挤压33-34
• 2.5 组织表征34-36
• 2.5.1 光学显微组织观察（OM）34
• 2.5.2 X射线衍射分析（XRD）34-35
• 2.5.3 扫描电镜显微分析 (SEM)35
• 2.5.4 电子背散射衍射分析 (EBSD)35
• 2.5.5 透射电镜显微分析 (TEM)35-36
• 2.6 性能测试36-37
• 2.6.1 室温拉伸力学性能测试36
• 2.6.2 摩擦磨损性能测试36-37
• 2.7 本章小结37
• 参考文献37-38
• 第三章 铸态Mg-Zn-Gd合金的显微组织与性能38-53
• 3.1 引言38
• 3.2 铸态Mg-Zn-Gd合金的显微组织38-42
• 3.3 Mg-Zn-Gd铸态合金退火后的TEM观察42-45
• 3.4 Mg-Zn-Gd铸态合金的拉伸力学性能45-46
• 3.5 Mg-Zn-Gd铸态合金的摩擦磨损性能46-51
• 3.6 本章小结51-52
• 参考文献52-53
• 第四章 往复挤压Mg-Zn-Gd合金的组织演变与力学性能53-79
• 4.1 引言53-54
• 4.2 往复挤压过程中Mg-Zn-Gd合金的组织与力学性能演变54-63
• 4.2.1 组织演变54-58
• 4.2.2 织构演变58-60
• 4.2.3 力学性能演变60-63
• 4.3 往复挤压温度对Mg-Zn-Gd合金组织与力学性能的影响63-72
• 4.3.1 往复挤压温度对合金组织的影响63-70
• 4.3.2 往复挤压温度对合金力学性能的影响70-72
• 4.4 准晶含量对于往复挤压Mg-Zn-Gd合金组织与力学性能演变的影响72-75
• 4.4.1 准晶含量对合金组织的影响72-74
• 4.4.2 准晶含量对合金力学性能的影响74-75
• 4.5 本章小结75-76
• 参考文献76-79
• 第五章 结论79-81
• 致谢81-82
• 攻读硕士期间发表的学术论文82-84

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本文编号：1083392