Ca、Ce对Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn合金组织和性能的影响

发布时间：2017-10-27 02:07

  本文关键词：Ca、Ce对Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn合金组织和性能的影响

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【摘要】：近年来，世界上的发达国家已经开始对镁合金材料进行大力的开发和研究，由于镁合金作为最轻结构材料，，它的比强度，比刚度相对较高，阻尼性能和电磁屏蔽性能好，人们将镁合金应用在汽车、航天、军工、电子元件、交通运输、体育器材等领域上，更进一步加速了对镁合金的研究与发展。现阶段，大多数镁合金发展成熟的是Mg-Al系合金。但是，Mg-Al系合金中有大量的β-Mg17Al12相，使的Mg-Al系合金在常温和高温下的力学性能较差，而且在120℃以上时合金的力学性能会随着温度的增加而变的更差。使其在应用方面受到了很大的限制。为了进一步的提高镁合金的应用性能，在本实验中分别加入了碱土金属Ca和稀有金属Ce来改变镁合金的性能。 本文以Mg-Sn-Al-Zn合金为基体，通过在合金中加入廉价的碱土金属Ca和相对价格低廉的稀土金属Ce，利用了光学显微镜（OM），X射线衍射仪（XRD），带有能谱分析（EDS）的扫描电子显微镜（SEM）来观察合金的微观组织和分析强化机理。在力学性能方面采用了维氏硬度仪、电子万能拉伸试验机等分析手段来检测合金的力学性能。通过对数据的分析，做出分析和解释。本文进一步研究了Ca和Ce对Mg-Sn-Al-Zn合金组织的细化机理、强化作用。研究表明： 1）Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn合金主要由α-Mg、β-Mg17Al12和Mg2Sn构成，且Mg2Sn主要分布在晶界处呈颗粒状。 2）Ca和Ce金属的分别加入到Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn合金中使的合金的晶粒的到了细化，显著改变了合金的组织和性能，且当合金中Ca含量达到1%时，合金的晶粒达到了最小值，β-Mg17Al12相减少，合金中出现了Al2Ca相对晶粒长大起到了阻碍作用，合金的力学性能也达到了最佳状态。但是当Ca继续增加时合金的晶粒没有进一步变小反而出现增大的现象。当Ce含量达到0.6%时合金的晶粒达到了最小值，合金中出现了棒状的Al4Ce相在晶界处对晶粒的长大起到了阻碍作用，从而细化晶粒。但是当Ce含量继续增加时合金的晶粒反而变大。 3）Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCa合金主要由α-Mg、Mg2Sn、MgZn、β-Mg17A112、Al2Ca、CaMgSn、Mg2Ca相构成。其中Mg2Sn相主要是以球状相出现在晶界处，Al2Ca相主要以骨骼状或者鱼骨状出现在晶界处。Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCe合金的主要由α-Mg、β-Mg17Al12、Mg2Sn、MgZn、Al4Ce相组成。 4）随着Ca和Ce元素分别加入后合金的常温和高温（200℃）拉升力学性能都是先升高后降低，维氏硬度先增大后减小，其中当Ca含量达到1%时合金的常温和高温拉伸性能达到了最佳状态，抗拉强度分别为197MPa和116MPa，伸长率6.0%和10.9%，维氏硬度为62.0HV，当Ce含量达到0.6%时合金的常温和高温拉伸力学性能达到了最佳状态，且合金的抗拉强度达到了227MPa和131MPa，伸长率为5.3%和13.9%，维氏硬度为66.58HV。 5）从合金的断口分析可以得出在不加入Ca或者Ce时Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn合金的拉伸断口为典型的脆性断裂，合金的拉伸断口多是撕裂棱和河流花样组成,是典型的穿晶脆性断裂，当加入Ca或者Ce金属后的拉伸断口从图中可以看出断口处有明显的撕裂棱出现，并且在局部还可以观察到有少量的韧窝出现，说明了Mg-2.2Sn-Al-0.5Zn镁合金在加入Ca或者Ce后合金的韧性有所改善，但是继续增加Ca或者Ce金属后合金的断裂图像又显示为脆性断裂。
【关键词】：Mg-Sn合金 碱金属Ca 稀土Ce 显微组织 力学性能
【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3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-28
• 1.1 引言12
• 1.2 镁及镁合金的概述12-16
• 1.2.1 纯镁的特点和性质12-14
• 1.2.2 镁合金的特点和性质14-16
• 1.3 镁的合金化及合金元素的作用16-21
• 1.4 镁合金的强化机理21-24
• 1.4.1 沉淀（析出）强化21-22
• 1.4.2 弥散强化22
• 1.4.3 细晶强化22-23
• 1.4.4 形变强化23
• 1.4.5 复合强化23-24
• 1.5 镁合金的热处理工艺24-26
• 1.5.1 退火24
• 1.5.2 固溶和时效24-26
• 1.6 论文选题和研究内容26-28
• 1.6.1 论文的选题26-27
• 1.6.2 研究内容27-28
• 第二章 实验准备过程及研究方法28-38
• 2.1 技术路线28-29
• 2.2 实验室合金的优化设计29
• 2.3 试验合金的制备29-33
• 2.3.1 合金成分确定29-30
• 2.3.2 熔炼设备30-32
• 2.3.3 镁合金的溶炼及浇注32-33
• 2.4 显微组织表征及分析33-35
• 2.4.1 金相组织观察33-34
• 2.4.2 SEM 分析34
• 2.4.3 XRD 物相分析34-35
• 2.5 合金力学性能测试35-38
• 2.5.1 室温力学性能的测试35-36
• 2.5.2 高温力学性能的测试36-38
• 第三章 Ca 含量对 Mg-2.2Sn-1Al -0.5Zn 合金的显微组织和力学性能的研究38-48
• 3.1 引言38
• 3.2 Mg-2.2Sn -1Al -0.5Zn-xCa 合金的显微组着分析38-43
• 3.2.1 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCa 合金的铸态显微组织38-39
• 3.2.2 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCa 合金的 XRD 图谱39-40
• 3.2.3 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCa 合金的 SEM 分析照片40-41
• 3.2.4 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCa 合金的 EDS 能谱分析41-43
• 3.3 Ca 含量对 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn 合金的铸态力学性能的影响43-45
• 3.3.1 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCa 合金的维氏硬度分析43
• 3.3.2 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCa 合金的拉伸力学性能分析43-45
• 3.4 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCa 合金拉伸断口的分析45-47
• 3.5 小结47-48
• 第四章 Ce 含量对 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn 合金显微组织和力学性能的影响48-56
• 4.1 引言48
• 4.2 稀土 Ce 对 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn 合金的铸态显微组织的影响48-52
• 4.2.1 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCe 合金的铸态显微组织48-49
• 4.2.2 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCe 合金的 XRD 图谱49-50
• 4.2.3 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCe 合金的 SEM 分析照片50-52
• 4.3 稀土 Ce 对 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn 合金的铸态力学性能的影响52-54
• 4.3.1 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCe 合金的维氏硬度分析52-53
• 4.3.2 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCe 合金的拉伸力学性能分析53-54
• 4.4 合金的拉伸断口形貌观察54-55
• 4.5 小结55-56
• 第五章 结论56-58
• 参考文献58-64
• 致谢64-66
• 攻读学位期间发表的学术论文目录66

【参考文献】

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本文编号：1101441