超高强度Mg-Y-Ni合金显微组织与力学性能

发布时间：2021-07-09 16:29

本文采用重力铸造方法制备了一系列Mg-Y-Ni合金并且分别讨论了Ni含量和Y含量对Mg-Y-Ni合金纤维组织与力学性能的影响。然后对铸态合金进行均匀化处理,研究了均匀化处理对合金显微组织和力学性能的影响;对均匀化处理合金进行了热挤压变形,研究挤压变形后合金显微组织与力学性能的关系。论文研究了Y含量为7wt%、Ni含量为2-9wt%的WN72、WN75、WN77和WN79四种合金,铸态合金均由α-Mg、Mg2Ni以及准连续网状LPSO相组成。其中α-Mg呈枝晶状,LPSO相呈准连续网状,Mg2Ni相成长杆状分布于α-Mg/LPSO界面处。随Ni含量增加,合金中生成的LPSO的数量先增加后降低,并且在WN75中准连续网状LPSO相含量达到最大值。而在WN72合金中LPSO内部出现颗粒状组织经过EDS分析其成分与LPSO相根据文献确定其为富Y相,其形成是由于WN72中Y/Ni原子比为2.08,过饱和的Y元素以富Y相的形式表现出来。在4种合金中,WN79合金的Mg2Ni含量超过了LPSO相含量,导致其铸态室温力学性能较差。均匀化处理后,合金中的第二相的数量和尺寸基本未发生变化。挤压态合金中,随Ni含量增加,基体合金动态再结晶比例逐渐增大,其中WN79合金基体晶粒完全动态再结晶并且尺寸很大。LPSO相在挤压过程中沿着挤压方向被拉长,在WN79中由于Mg2Ni过多使得LPSO相被挤碎零散分布于合金当中,合金的室温力学性能很差。而在挤压态WN75当中,由于Y/Ni原子比接近1,故准连续网状LPSO相含量最高,使其室温抗拉强度达到了501MPa,屈服强度468MPa,延伸率2.06%显示出了很高的强度。随挤压温度降低WN77合金的动态再结晶比例降低,再结晶晶粒细化,基面织构强度增加,导致350℃挤压后合金的屈服强度和抗拉强度高于400℃挤压合金,而延伸率降低。研究了Ni含量为5wt%,Y含量为10wt%和15wt%的WN105和WN155镁合金的显微组织和力学性能。这两种合金的铸态显微组织均由α-Mg、LPSO相、Mg2Ni以及富Y相四种相构成。富Y相的形成是由于在这两种合金中Y/Ni原子比均大于1,而LPSO相Y/Ni原子比接近于1,多余的Y元素以富Y相的形式存在。其中在WN155合金中LPSO内部出现类似于WN72的颗粒状组织,经过EDS分析其成分与LPSO相相当可以确定其为富Y相。随Y含量增加,合金中富Y相以及LPSO相含量增加,α-Mg含量降低。铸态WN155合金的室温屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为82MPa、199MPa和2.22%。之后对于两种合金进行了均匀化处理并且对于WN105进行了均匀化处理后室温力学性能比对,发现均匀化后与铸态合金相比抗拉强度和屈服强度分别降低了38MPa和35MPa。延伸率提高了2.13%。这是由于均匀化处理使得合金大块富Y相部分回熔到基体当中使得α-Mg/LPSO界面结合程度提高,但部分富Y相析出于准连续网状LPSO相内部消耗掉了部分LPSO相故合金强度降低,延伸率提高。均匀化之后研究了Y含量对挤压态合金的显微组织和力学性能的影响,发现挤压后合金中准连续网状LPSO相和α-Mg相沿着挤压方向排列,未回熔的富Y相零散的分布于合金当中。WN155当中基体动态再结晶比例较低,大量未动态再结晶基体被拉长沿着挤压方向排列,使得合金的基面织构强度较高。在室温力学性能方面,挤压态WN105合金屈服强度301MPa,抗拉强度404MPa,延伸率15.82。WN155合金屈服强度421MPa,抗拉强度528MPa,延伸率4.11%。在WN155超高强度产生的原因是由于在两种合金中准连续网状LPSO含量较高并且晶粒动态再结晶程度较低使得合金强度最大。在延伸率上一方面WN155中富Y相大量聚集在α-Mg/LPSO界面削弱了α-Mg/LPSO界面结合力,另一方面挤压态WN155合金基体动态再结晶程度较低,晶粒较粗大使得延伸率较低。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22

文章目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究背景

1.2 镁合金的变形行为简介

1.3 含LPSO结构Mg-RE系合金的发展

1.3.1 LPSO形成机制

1.3.2 LPSO相结构与热力学稳定性

1.3.3 LPSO变形机制及对合金力学性能影响

1.3.4 LPSO结构合金腐蚀性能及其在生物医学方向应用

1.3.5 LPSO结构对于合金阻尼性能影响

1.4 本论文主要研究内容

第2章试验材料及研究方法

2.1 实验路线

2.2 新型超高强度Mg合金热力学计算与成分设计

2.2.1 Mg-Y-Ni合金热力学计算

2.2.2 高强度Mg-Y-Ni合金设计思路

2.3 实验材料与制备工艺

2.3.1 实验材料

2.3.2 合金的熔炼与铸造

2.3.3 合金均匀化处理

2.3.4 合金挤压变形

2.3.5 合金挤压变形工艺

2.4 测试方法

2.4.1 X射线荧光光谱法成分分析

2.4.2 Mg-Y-Ni合金的光学显微组织观察

2.4.3 SEM显微组织观察

2.4.4 XRD测试与织构分析

2.4.5 TEM显微组织观察

2.4.6 硬度实验

2.4.7 拉伸力学性能实验

第3章 Ni含量对于Mg-7Y-xNi合金显微组织与室温力学性能影响

3.1 引言

3.2 Ni含量对于铸造Mg-7Y-（2-9）Ni显微组织与力学性能影响

3.2.1 Ni含量对于铸态Mg-Y-Ni合金显微组织影响

3.2.2 Ni含量对于Mg-Y-Ni合金室温力学性能的影响

3.3 均匀化处理Mg-7Y-（2-9）Ni合金显微组织与力学性能

3.4 挤压态Mg-7Y-（2-9）Ni合金显微组织与力学性能

3.4.1 挤压态Mg-Y-Ni合金显微组织

3.4.2 挤压态Mg-Y-Ni合金宏观织构分析

3.4.3 挤压态Mg-Y-Ni合金室温力学性能

3.4.4 挤压态Mg-Y-Ni合金拉伸试样断口分析

3.5 挤压温度对于WN77 合金显微组织与力学性能影响

3.5.1 挤压温度对于WN77 合金显微组织的影响

3.5.2 挤压温度对于WN77 宏观织构的影响

3.5.3 挤压温度对于WN77 合金室温力学性能的影响

3.6 本章小结

第4章 Y元素含量对于Mg-xY-5Ni合金组织与力学性能影响

4.1 引言

4.2 Y含量对于铸造Mg-（5-15）Y-Ni显微组织与力学性能影响

4.2.1 Y含量对于铸态Mg-Y-Ni合金显微组织影响

4.2.2 Y含量对于铸态Mg-Y-Ni合金室温力学性能的影响

4.3 均匀化处理Mg-（5-15）Y-5Ni合金显微组织与力学性能

4.4 挤压态Mg-（5-15）Y-5Ni合金显微组织与力学性能

4.4.1 挤压态Mg-Y-Ni显微组织

4.4.2 挤压态Mg-Y-Ni合金的织构

4.4.3 挤压态Mg-Y-Ni合金室温力学性能

4.4.4 挤压态Mg-Y-Ni合金拉伸试样断口分析

4.5 合金的强韧化机理简介

4.6 本章小结

结论

参考文献

致谢

【参考文献】