低稀土高强镁合金试验性研究

发布时间：2020-06-13 17:06

【摘要】：镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料,具有密度低、比强度较高和阻尼减震性能良好等优点,但仍存在强度较低,室温塑性、热成形能力差等缺点。目前的高稀土含量镁合金虽然改善了镁合金的力学性能,但稀土元素昂贵的价格限制了其广泛应用。因此,亟待开发综合力学性能较高、成本较低的低稀土镁合金。本文利用Zn元素替代部分稀土元素,设计了一种新型低稀土高强镁合金Mg-7Gd-5Zn-0.5Ca-0.2Sr(wt.%),通过热处理过程中形成多种析出相达到强化合金的目的。通过化学成分测试、力学性能及微观组织分析研究了铸造态、均匀化退火态及时效态下该材料的力学性能及微观组织;通过不同温度及应变率条件下的热压缩实验,研究了该材料的高温力学行为及组织演变规律,并拟合了热塑性本构方程及热加工图,为其工程化应用奠定理论基础。主要结论如下:(1)合金铸锭边缘区域组织呈现出树枝状结晶特征,心部组织近等轴状,表明中心区域组织更趋近平衡态。合金相成分主要为α-Mg基体和MgZn2共晶组织。合金抗拉强度为85MPa,屈服强度为82MPa,断裂应变为1.1%。(2)该合金的最佳均匀化退火工艺为480℃C/6h/空冷。经均匀化退火处理后,合金组织发生了明显变化,析出了 W相(Mg3Zn3Gd2),力学性能明显优于铸态合金的力学性能,平均抗拉强度为141.5MPa,平均屈服强度为102.5MPa,平均断裂应变为2.45%。(3)在变形温度573～673 K、应变速率0.001～1s-1范围内进行压缩时,在相同应变速率下,温度越高,合金的流变应力越低,越容易发生动态再结晶;在相同温度下,应变速率越高,流变应力越高,在低温和高应变速率时试样发生断裂。表明该合金在热压缩过程中具有较为明显的应变速率和变形温度敏感性。经拟合获得合金的塑性变形激活能Q值为395.39KJ/mol。从该合金的热塑性变形加工图可以看出,在606～723 K温度、0.001～0.002s-1应变速率范围内合金表现出较优异的热加工性。热压缩后合金组织显著细化。(4)该合金的最佳时效工艺为200℃/40h/空冷,时效后合金硬度得到显著提高,但其拉伸力学性能没有明显改善,表明此合金经均匀化退火处理后即可工程化应用。
【图文】：

箱式电阻炉,试样

均匀化退火热处理和时效实验），线切割表面即可，用于热处理工艺。逡逑ｊ逡逑Ｉ邋Ｍ逡逑图２－１合金熔炼设备及制得的铸棒逡逑２．３热处理工艺逡逑从铸造态合金的中心部位切取若干个巾８ｘ６ｍｍ的试样，在ＳＸ－Ｇ３０１０５箱逡逑式电阻炉（图２－２）中进行均匀化退火和时效热处理。按照实验所需的均匀化退逡逑火处理温度（３００°Ｃ、３５０°Ｃ、４００°Ｃ、４５０°Ｃ、４８０°Ｃ）和时效热处理温度（２００°Ｃ、逡逑２２５°Ｃ、２５０°Ｃ）设定实验温度，待温度上升到稳定值后，逐次进行实验，合金逡逑热处理试样如图２－３所示。该型号炉额定温度１０００°Ｃ，额定电压３８０Ｖ，额定功逡逑率１２ＫＷ，升温时间丨５ｍｉｎ，控温精读±５°Ｃ。在箱式电阻炉的操作过程中注意逡逑动作要迅速，防止炉门启动的过程中时间过长造成温差较大影响实验精度。逡逑灥媝？Ｔ，岕逦：窗ｊ逡逑，邋＂Ｊ逦}瑁咤义蠠a毫ｊ逦．恀逡逑图２－２邋ＳＸ－Ｇ３０Ｉ０５箱式电阻炉

合金熔炼,铸棒,热处理工艺,设备

２．３热处理工艺逡逑从铸造态合金的中心部位切取若干个巾８ｘ６ｍｍ的试样，在ＳＸ－Ｇ３０１０５箱逡逑式电阻炉（图２－２）中进行均匀化退火和时效热处理。按照实验所需的均匀化退逡逑火处理温度（３００°Ｃ、３５０°Ｃ、４００°Ｃ、４５０°Ｃ、４８０°Ｃ）和时效热处理温度（２００°Ｃ、逡逑２２５°Ｃ、２５０°Ｃ）设定实验温度，待温度上升到稳定值后，逐次进行实验，合金逡逑热处理试样如图２－３所示。该型号炉额定温度１０００°Ｃ，额定电压３８０Ｖ，额定功逡逑率１２ＫＷ，升温时间丨５ｍｉｎ，控温精读±５°Ｃ。在箱式电阻炉的操作过程中注意逡逑动作要迅速，，防止炉门启动的过程中时间过长造成温差较大影响实验精度。逡逑灥媝？Ｔ，岕逦：窗ｊ逡逑，邋＂Ｊ逦}瑁咤义蠠a毫ｊ逦．恀逡逑图２－２邋ＳＸ－Ｇ３０Ｉ０５箱式电阻炉逦阁２－３热处现试样逡逑１３逡逑
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22

【参考文献】