热处理对Mg-xZn合金及其半固态水淬组织的影响

发布时间：2017-11-01 09:25

  本文关键词：热处理对Mg-xZn合金及其半固态水淬组织的影响

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【摘要】：镁合金由于比强度、比刚度高、容易回收等优点,尤其是作为最轻的金属结构材料,在汽车、航空航天等领域得到日益广泛的应用。本文采用金属型Mg-x Zn(x=3,5,7,9wt.%)镁合金,并利用光学显微镜、X射线衍射和扫描电镜等设备及力学性能测试等手段研究了Zn含量的变化对合金的显微组织和力学性能的影响。运用半固态等温热处理的方法制备了实验合金的半固态组织,研究了半固态非枝晶组织的演变过程及Zn含量的变化对Mg-Zn系合金半固态组织的影响。并分析其热处理前后的组织性能和在等温热处理过程中的组织演变情况,探讨其中的机理。实验结果表明,随着Zn含量的变化,Mg-x Zn(x=3,5,7,9wt.%)镁合金的显微组织和力学性能发生了明显的变化。Mg-x Zn合金的显微组织为树枝晶,共晶组织主要由α-Mg+Mg Zn组成。随着Zn质量分数的增加,合金晶粒逐渐细化。合金的抗拉强度随着Zn含量的增加而增加,当Zn含量为7%时抗拉强度达到最大值210MPa;延伸率随着Zn含量的增加逐渐降低,当Zn含量为3%时达到最大值15%;硬度随着Zn含量的增加持续增大,Zn含量为9%时硬度为54HV;合金的断口形貌随着Zn含量的增加撕裂棱减少,韧窝数量增多。考虑到综合力学性能,我们选择Mg-7Zn合金进行均匀化、固溶以及时效处理,其热处理工艺为:均匀化处理335℃+96h,固溶处理340℃+5h,时效处理160℃、98℃、70℃(24h)+160℃。热处理后其抗拉强度达到313MPa,硬度达到83.76HV。断口分析表明,Mg-7Zn合金热处理后的断裂方式主要为解理断裂。结合力学性能的分析,对Mg-x Zn合金进行半固态等温热处理,研究了不同Zn含量对半固态非枝晶组织的影响,结果表明,随着Zn含量的增加,合金组织细化。并研究了保温温度和保温时间对半固态非枝晶组织的影响,结果表明保温温度主要影响合金固相率,保温时间是影响合金的颗粒尺寸和形状因子的关键因素。在等温热处理过程中,Zn元素的含量对半固态非枝晶组织的影响较大。在相同的等温热处理工艺条件下,Zn元素含量越高,实验合金半固态非枝晶组织越细小、圆整。当Zn含量为7%时,610℃保温30min后,球状颗粒的平均等积圆直径为78.51μm,形状系数为1.223。
【关键词】：Mg-x Zn合金 显微组织 力学性能 半固态
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22;TG166.4
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 镁及镁合金概述14-17
• 1.1.1 镁及镁合金的特点14-15
• 1.1.2 镁合金的发展与应用15-17
• 1.2 Mg-Zn系镁合金的性能及研究现状17-18
• 1.3 镁合金半固态成型技术18-20
• 1.3.1 半固态成型工艺方法18
• 1.3.2 半固态非枝晶组织的制备18-19
• 1.3.3 半固态成型的技术优势19-20
• 1.4 课题研究意义和内容20-22
• 1.4.1 研究意义20
• 1.4.2 研究内容20-22
• 第2章 实验方法与过程22-29
• 2.1 实验合金的制备22-24
• 2.1.1 实验方案22
• 2.1.2 实验材料22-23
• 2.1.3 实验设备23-24
• 2.2 实验过程24-29
• 2.2.1 合金熔炼与浇铸24
• 2.2.2 半固态等温热处理24-25
• 2.2.3 热处理工艺25-26
• 2.2.4 微观组织观察及相分析26-27
• 2.2.5 力学性能测试27-28
• 2.2.6 硬度测试28-29
• 第3章 Mg-x Zn镁合金铸态及热处理后组织及性能29-47
• 3.1 合金的铸态显微组织29-30
• 3.2 合金的铸态力学性能30-31
• 3.3 合金铸态拉伸断口形貌31-32
• 3.4 热处理对实验合金力学性能和断口组织的影响32-33
• 3.5 均匀化和固溶处理温度的选择33-35
• 3.5.1 均匀化处理不同时间对Mg-7Zn合金显微组织的影响34-35
• 3.5.2 固溶处理时间对Mg-7Zn合金显微组织的影响35
• 3.6 铸态、均匀化和均匀化 +固溶处理后的显微组织35-37
• 3.7 时效处理不同温度对Mg-7Zn合金显微组织和力学性能的影响37-41
• 3.7.1 160℃时效时Mg-7Zn合金的显微组织37-39
• 3.7.2 98℃时效时合金的显微组织39-40
• 3.7.3 双极时效时合金的显微组织40-41
• 3.8 热处理对合金力学性能的影响41-45
• 3.8.1 均匀化和固溶处理对合金性能的影响41-43
• 3.8.2 时效工艺对合金性能的影响43-44
• 3.8.3 热处理工艺对合金断口形貌的影响44-45
• 3.9 本章小结45-47
• 第4章 Mg-x Zn合金半固态非枝晶组织的制备47-67
• 4.1 Mg-3Zn合金半固态非枝晶组织47-50
• 4.1.1 保温温度对Mg-3Zn合金非枝晶组织的影响47-49
• 4.1.2 保温时间对Mg-3Zn合金非枝晶组织的影响49-50
• 4.2 Mg-5Zn合金半固态非枝晶组织50-54
• 4.2.1 保温温度对Mg-5Zn合金非枝晶组织的影响50-52
• 4.2.2 保温时间对Mg-5Zn合金非枝晶组织的影响52-54
• 4.3 Mg-7Zn合金半固态非枝晶组织54-58
• 4.3.1 保温温度对Mg-7Zn合金非枝晶组织的影响54-56
• 4.3.2 保温时间对Mg-7Zn合金非枝晶组织的影响56-58
• 4.4 Mg-9Zn合金半固态非枝晶组织58-61
• 4.4.1 保温温度对Mg-9Zn合金非枝晶组织的影响58-59
• 4.4.2 保温时间对Mg-9Zn合金非枝晶组织的影响59-61
• 4.5 Zn含量对Mg-x Zn合金非枝晶组织的影响61-62
• 4.6 Mg-7Zn半固态水淬热处理组织62-66
• 4.6.1 热处理实验与研究62
• 4.6.2 均匀化与固溶处理后的显微组织研究62-63
• 4.6.3 时效处理后的显微组织研究63-65
• 4.6.4 半固态水淬热处理与金属型热处理对比65-66
• 4.7 本章小结66-67
• 结论67-69
• 参考文献69-74
• 致谢74-75
• 附录A 攻读硕士学位期间发表论文及研究成果75

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本文编号：1126213