Ce、Ca加入对AM60镁合金组织及力学性能的影响

发布时间：2017-03-24 04:08

  本文关键词：Ce、Ca加入对AM60镁合金组织及力学性能的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：能源危机和环境污染是当今关注度最高的两个热点话题，推动汽车轻量化是实现节能减排的重要途径。镁合金密度小，比强度和比刚度高，加工性能好，应用在汽车上能大幅降低车身重量，，但是一般镁合金的高温性能较差，局限其应用范围，因此研究开发新型耐热镁合金具有重要意义。 本实验通过在AM60镁合金重熔的过程中加入Mg-Ce和Mg-Ca中间合金的方法，得到符合设计要求的合金，并对各组合金进行T4和T6热处理。作者分别对铸态、T4态、T6态各组合金开展了室温拉伸性能、显微硬度、宏观硬度以及高温抗蠕变性能的研究；利用金相显微镜、扫描电镜、XRD衍射仪等仪器研究分析合金显微组织形貌的演变。 研究发现，铸态AM60镁合金中存在大量树枝晶而且晶粒尺寸较大，加入适量Ce元素后组织得到改善，粗大的树枝晶有所减少且晶粒明显细化，生成的针状稀土相在一定程度上抑制了β相生成。在此基础上又加入不同含量Ca(0.5wt.%~2.5wt.%)元素，晶粒进一步细化。随着Ca含量增多，枝晶状β相的数量逐渐减少，而晶界处Al_2Ca相不断增加最后演变成层片鱼骨状。AM60Ce1Ca3合金中的枝晶全部转变为等轴晶，β相的数量非常少，而骨骼状Al_2Ca相为主要强化相，合金中Ca元素含量超过1.341wt.%后Al_2Ca相变得粗大并联结成网状。 力学性能测试的结果表明，铸态AM60合金中加入稀土Ce后其抗拉强度、延伸率、硬度、高温抗蠕变性能等均有不同程度提高，主要归因于细晶强化机制。在AM60Ce1合金中添加不同含量Ca(0.5wt.%~2.5wt.%)后，各项力学性能指标呈现出不同的变化规律，其中抗拉强度和延伸率随Ca含量增多先提高后下降，并且都在AM60Ce1Ca3合金处达到峰值；显微/宏观硬度和高温抗蠕变性能有着相同的规律，即Ca含量愈高其性能愈好，硬度值基本呈直线上升，而高温抗蠕变性能当Ca含量超过1.341wt.%后提升不是很明显。综合各项性能指标以及合金组织分析得出满足实验设计目的最优成分合金为AM60Ce1Ca3合金。 对比铸态、T4态、T6态各组合金的组织形貌和力学性能可知，固溶或时效这两种热处理工艺仅对β相作用明显，相反熔点较高的稀土相Al11Ce3和碱土相Al_2Ca几乎没有变化，所以Ca含量较高的几组合金经过热处理后组织和性能基本没有变化。固溶处理后AM60、AM60Ce1等含Ca量较低的合金由于β相固溶于基体中使得组织形貌更加平整，出现清晰晶界轮廓；这些合金经过时效处理后又分别在晶界处析出不同量的β相，同时晶粒有所长大。热处理后仍然是AM60Ce1Ca3合金抗拉强度最高，且T6态时该组合金的抗拉强度值为三种状态中最大，宏观硬度也在T6态时最高，而合金的显微硬度和高温抗蠕变性能则是在T4处理后达到最高。
【关键词】：镁合金 Ce/Ca合金化 显微组织 力学性能 高温蠕变
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-28
• 1.1 选题背景12
• 1.2 耐热镁合金研究进展12-17
• 1.2.1 Mg-Al 系合金12-15
• 1.2.1.1 AZ(Mg-Al-Zn)系13
• 1.2.1.2 AS(Mg-Al-Si)系13
• 1.2.1.3 AE(Mg-Al-RE)系13-14
• 1.2.1.4 AX(Mg-Al-Ca)系14
• 1.2.1.5 AJ(Mg-Al-Sr)系14-15
• 1.2.1.6 ACM(Mg-Al-Ca-RE)系15
• 1.2.2 Mg-Zn 系合金15-16
• 1.2.3 Mg-RE 系合金16-17
• 1.3 耐热镁合金的应用17-20
• 1.3.1 耐热镁合金在航空航天中的应用17-18
• 1.3.2 耐热镁合金在汽车工业中的应用18-19
• 1.3.3 耐热镁合金在其他行业中的应用19-20
• 1.4 镁合金蠕变行为及机理研究现状20-26
• 1.4.1 蠕变曲线与蠕变速率20-22
• 1.4.2 蠕变变形及断裂机理22-24
• 1.4.2.1 镁合金的蠕变机制22-24
• 1.4.2.2 镁合金的蠕变断裂机理24
• 1.4.3 提高镁合金抗蠕变性能的方法24-25
• 1.4.3.1 组织强化24-25
• 1.4.3.2 固溶强化25
• 1.4.3.3 晶界强化25
• 1.4.4 合金元素对镁合金抗蠕变性能的影响25-26
• 1.5 本文研究意义及内容26-28
• 第2章 实验方法28-34
• 2.1 合金的成分设计29-30
• 2.2 合金的制备30
• 2.3 合金显微组织观察和分析30-31
• 2.3.1 金相显微组织30-31
• 2.3.2 X-射线衍射物像分析31
• 2.3.3 扫描电镜显微观察和能谱分析31
• 2.4 力学性能测试31-34
• 2.4.1 拉伸实验31-32
• 2.4.2 布氏硬度32
• 2.4.3 显微硬度32-33
• 2.4.4 抗蠕变性能33-34
• 第3章 Ce、Ca 对 AM60 镁合金显微组织的影响34-50
• 3.1 引言34
• 3.2 合金成分测定34-35
• 3.3 加入 Ce 对 AM60 镁合金显微组织的影响35-40
• 3.3.1 AM60 镁合金的显微组织35-36
• 3.3.2 AM60Ce1 镁合金显微组织及分析36-40
• 3.4 添加不同含量 Ca 对 AM60Ce1 合金显微组织的影响40-47
• 3.4.1 AM60Ce1Cax 镁合金的显微组织和相分布40-45
• 3.4.2 添加不同含量 Ca 对 AM60Ce1 镁合金晶粒细化的影响45-47
• 3.5 本章小结47-50
• 第4章 Ce、Ca 对 AM60 镁合金力学性能的影响50-66
• 4.1 引言50
• 4.2 Ce、Ca 对 AM60 镁合金拉伸性能的影响50-54
• 4.3 Ce、Ca 对 AM60 镁合金硬度的影响54-55
• 4.4 Ce、Ca 对 AM60 镁合金抗蠕变性能的影响55-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第5章 Ce、Ca 以及热处理对 AM60 镁合金的影响66-74
• 5.1 热处理工艺66-67
• 5.2 热处理对合金显微组织的影响67-69
• 5.2.1 T4 处理对合金显微组织的影响67-68
• 5.2.2 T6 处理对合金显微组织的影响68-69
• 5.3 热处理对合金力学性能的影响69-73
• 5.3.1 热处理对合金拉伸性能的影响69-71
• 5.3.2 热处理对 AM60Ce1Ca3 合金硬度的影响71-72
• 5.3.3 热处理对 AM60Ce1Ca3 合金高温性能的影响72-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第6章 结论74-76
• 参考文献76-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 罗思东;镁合金在汽车上的开发与应用[J];汽车工艺与材料;2004年06期

2 张鹏,曾大本;异军突起的镁合金压铸[J];特种铸造及有色合金;2000年06期

3 夏鹏举;蒋百灵;张菊梅;张继源;袁森;;Mg-Al系镁合金离异共晶β相的研究[J];特种铸造及有色合金;2007年05期

4 郭永春;张亚东;赵悦光;杨忠;李建平;;稀土Y对Mg-6Al-0.2Mn组织和力学性能的影响[J];西安工业大学学报;2009年02期

5 谢建昌;李全安;李建弘;张兴渊;;耐热镁合金及其开发思路[J];铸造技术;2008年01期

6 陈力禾,赵慧杰,刘正,申志勇,聂义勇;镁合金压铸及其在汽车工业中的应用[J];铸造;1999年10期

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1 白星;AM80-Ca-Sr碱土耐热镁合金研究[D];湖南大学;2009年

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本文编号：265051