Mg-Sn-Yb合金显微组织、拉伸性能及干滑移磨损性能研究

发布时间：2019-09-09 16:34

【摘要】：本文通过光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察和分析了铸态与挤压态Mg-2Sn-xYb (x=0,0.1,0.5at.%)合金的组织。研究了合金在挤压前后宏观和微观的组织演变；利用万能拉伸试验机测试了不同温度和应变速率下挤压合金的拉伸力学性能，研究了合金在中等温度(25°C~250°C)范围下不同应变速率的变形行为。通过干式磨损实验，测试了合金在不同载荷下的摩擦系数和磨损率，结合摩擦后试样的表面形貌，探讨了合金在不同载荷下的磨损机理。本文具体的研究结果如下： 1.铸态Mg-2Sn合金的显微组织是由α-Mg基体、共晶相(α-Mg+Mg2Sn)及离异相Mg2Sn组成。铸态Mg-2Sn-0.1Yb合金中并没有形成新相，仅Mg2Sn相的体积分数有所增多，而铸态Mg-2Sn-0.5Yb合金中除了α-Mg相、Mg2Sn相外在晶界处还析出了Mg2(Sn,Yb)相，且随着合金中Yb含量的增加，合金的晶粒尺寸明显减小。挤压后，合金发生明显的动态再结晶，晶粒尺寸明显细化，铸态合金中的第二相也在挤压过程中被压碎，且沿着挤压方向形成更细、更弥散的颗粒。拉伸测试结果表明，挤压Mg-2Sn-0.5Yb合金板在室温下显示了最高的拉伸性能，其屈服强度、最大抗拉强度及延伸率分别为185MPa、259MPa和12%；而挤压Mg-2Sn-0.1Yb合金板则在100°C、200°C时显示了最高的拉伸性能。产生合金拉伸性能的差异主要归结为细晶强化、固溶强化和Mg2Sn及Mg2(Sn,Yb)颗粒析出强化的不同作用。 2.挤压Mg-2Sn-0.5Yb合金在温度为25°C~250°C、应变速率范围为1×103s1~1×101s1的条件下进行单向拉伸测试，并利用Kocks-Mecking型拟合数据表征了合金在不同阶段的应变硬化性能。结果显示除了第III阶段与第IV阶段外，室温时第II阶段应变硬化的缺失与挤压过程中充分的动态再结晶有关。合金中位错密度随测试温度增加而减少，导致合金屈服后的应变硬化能力降低。应变速率敏感性(SRS)随温度的增加而显著增加，经计算相应的应变速率敏感系数(m)的值为0.07~0.12，这表明合金在200°C时主要变形机制是攀移控制的位错蠕变。在250°C时合金的晶界滑移(GBS)被激活，对应于较高的SRS，合金的激活能计算为213.67kJmol1。此外，在测试温度为250°C、应变速率为1×103s1时，合金的拉伸延伸率为105%，表明合金具有准超塑性行为。准超塑性行为的发生主要与合金细而均匀的显微组织及Mg2Sn、Mg2(Sn,Yb)颗粒的析出有关。 3.挤压Mg-2Sn合金、挤压Mg-2Sn-0.1Yb合金与挤压Mg-2Sn-0.5Yb合金分别在20N~240N、20N~320N、20N~380N的载荷范围下进行盘销式干滑移磨损试验，，配合端面为高碳铬钢盘。随着载荷的增加合金显示了不同的磨损率、摩擦系数及耐磨性。三种挤压合金磨损表面发生了六种磨损机制，即磨粒磨损、黏着磨损、氧化磨损、剥离磨损、热软及熔融。三种挤压合金的磨损行为是由干滑移过程中销表层的显微结构及其磨损表面温度升高时所展现出的高温力学性能所控制。研究结果表明，挤压Mg-2Sn-0.5Yb合金具有最佳耐磨性，这主要是由高体积分数Mg2Sn颗粒的析出、热稳定Mg2(Sn,Yb)颗粒的形成及较高的高温拉伸力学性能导致。
【图文】：

镁合金,基地,镁资源,镁矿

吉林大学博士学位论文代的优点愈发凸显。最近在我国根据各地的资源优势，目前已经建设了的镁合金基地，即以镁合金汽车、摩托车制造为主的重庆，以信息和通主的青岛、以汽车工业应用为主的上海、以镁合金压铸设备为主的深圳镁矿开发为主的辽宁和以盐湖镁资源开发布局为主的宁夏，这些基地已对镁合金的应用开展了一些尝试性的工作。我国的镁合金行业更是随着及 3C 等行业的转型升级及其在中国经济地位的显著提升而迎来了加速

电子衍射图,亚晶,细晶结构,明场

吉林大学博士学位论文10图1.3 (d)为(a)中红色箭头标记的在晶界处直径为100 nm ~ 200 nm球形析出相的电子衍射斑点，通过对比确定此析出相为 Mg2Sn，这种特殊的细晶结构促使合金的拉伸强度及压缩强度得以提高；Park[41]也通过对 Mg-Sn-Al-Zn 合金的挤压工艺进行研究，而进一步证实了挤压工艺可细化晶粒并使第二相 Mg2Sn 颗粒分布更均匀，从而同时提高合金的拉伸强度和压缩强度；Tang 等人[42]指出铸态 Mg-5Sn-4Al 合金显微组织中存在的细晶使其拉伸强度及延展性均得以提高，由此可以看出，细晶结构可以提高 Mg-Sn-Al合金的强度及延展性，进而解决由延展性不强导致的 Mg-Sn-Al 合金在低温下很难变形的难题。影响镁合金延展性的主要因素是本征晶体结构、显微结构和各向异性。镁为密排六方晶体结构，其滑移系很少，单晶镁基面滑移系的剪应力是其它滑移系剪应力的 1/100
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22

【参考文献】