添加Sn对Mg-Zn-Al合金组织结构和性能的影响
发布时间：2020-11-08 11:19
在近几十年的时间里,镁合金的优异性能逐渐收到人们关注,尤其在交通、通讯、航天航空领域均有着巨大的应用前景。因此,发展具有高性能镁合金对于实现镁合金产业化有着举足轻重的意义,但是强度低成为制约镁合金发展的主要问题之一。通过时效处理产生析出强化是提高镁合金强度的重要方式,因此对镁合金中析出相的研究对于指导镁合金成分设计,进而提高镁合金强度并减少其应用成本有着十分重要的意义。本文主要是以Mg-8Zn-4Al-0.5Mn(wt.%)合金为研究对象,研究添加不同含量的Sn对其时效硬化、微观组织结构和力学性能的影响。利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等先进的表征研究合金的微观结构;利用维氏硬度计和拉伸机测试合金的力学性能,结合微观结构研究的结果探讨了微观结构和性能之间的关系。研究发现添加Sn可以显著提高Mg-8Zn-4Al-0.5Mn合金的淬火态硬度,这主要是因此添加Sn后合金的晶粒尺寸明显减小,并且生成了尺寸几百纳米的Mg2Sn粒子。但淬火态到峰值时效的硬度增加值基本相同,200°C峰值时效Mg-8Zn-4A1-0.5Mn-3Sn合金的硬度为93HV。200 ℃ 时效 Mg-8Zn-4Al-0.5Mn 和 Mg-8Zn-4Al-0.5Mn-3 Sn 合金中的析出相主要为高密度的菱形和条状φ相(Mg21(Zn,Al)17),其与基体之间的取向关系为:(102)ф//(1010)a[010]O//[2110]a研究发现添加Sn可以提高Mg-8Zn-4Al-0.5Mn挤压合金的屈服强度,添加3wt.%的Sn后,合金的屈服强度从145MPa提升至200MPa,抗拉强度从213MPa提升至230MPa。链状金属间化合物粒子数目增多和晶粒细化是含Sn合金具有强度增加的主要原因。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG146.22
【部分图文】：
图 1.1 不同形貌析出相对镁合金中基面位错运动的影响[22]ig. 1.1 Schematic diagram showing effects of the orientation of precipitations on interparticle dislocation slip on basal plane of the magnesium matrix[22].3 Mg-Zn-Al 系合金性能及其析出相.3.1 Mg-Zn-Al 系合金的铸造性能在 Mg-Al 二元合金中，Al 元素有助于优化合金铸造性能，加入少量 Zn 可升合金流动性和强度，典型的合金有 AZ91 和 AZ31[3]。但是随着 Zn 含量增别是超过 2wt%时，合金会发生严重的热裂，如 AZ63[24, 25]。合金的铸造性能与合金元素含量之间一般满足∧-型曲线特征，即随着合金元素增加，合金热裂倾向先增后减[26,27]。图 1.2 给出了 Mg-Al-Zn 合金铸造性元素含量关系[28]。从图 1.2 可以看出，Mg-Zn-Al 系合金大部分位于可铸造区n 过高进入脆性区，过低则为热裂区。此图只是给出了铸造变化趋势，并没有热裂程度和可铸造区与元素关系一个量化关系。有相关报道了 Mg-Zn-Al 系合裂可能与较宽凝固区间有关[29, 30]。
图 1.2 Mg-Al-Zn 合金铸造性能与 Al、Zn 含量关系[28]Fig. 1.2 The influence ofAl and Zn elements on the castability of Mg-Al-Zn alloys[28].3.2 Mg-Zn-Al 系合金的力学性能针对 Mg-Zn-Al 系合金，Zhang[28]对 8~14wt%Zn，2~6wt%Al 成分范围合金学性能进行详细的报道。对于室温拉伸性能，当 Zn 含量为 8~12wt%范围时， Al 含量的增加，合金的屈服强度（YS）会升高。当 Al 含量为 4wt%时，合金拉强度（UTS）最高。当 Zn 含量为 12wt%~14wt%时，Al 含量越低，合金抗度会越高。此外，对于 Mg-Zn-Al 系合金的蠕变测试表明，Zn 含量一定，At%时，抗蠕变性能最好。合金的冲击韧性，与 Zn 和 Al 总含量有关，合金元量越高，性能越差[24,31]。现在的 Mg-Zn-Al 系合金在抗蠕变性能方面有一定优是仍需添加一些元素提升合金力学性能，主要原因是 Zn 和 Al 在镁基体有较解度，时效后会析出大量 相，虽然 相不是在镁的柱面或者锥面形成，但析出相密度较高，合金具有较高的力学性能。但 相熔点低，高温下不能有碍位错运动，因此需加入新的元素，新元素加入后会形成稳定、高强度第二相
士学位论文 图 1.3 所示。前人对 Mg-Zn-Al 系相图 Τ 相和 相一直存在立方结构，晶胞参数 a=1.46nm，空间群结构为 Im3_，化学式为36]。 相成分区间相对Τ相较窄，属于正交晶系（a=0.8979nm，m），空间群为 Pbcm，化学式 Mg5Al2Zn2[37]。利用 SAED（选区（会聚束衍射）等技术确定： 相空间群结构为 Pbcm，l)17[38]。
【参考文献】
本文编号：2874714
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG146.22
【部分图文】：
图 1.1 不同形貌析出相对镁合金中基面位错运动的影响[22]ig. 1.1 Schematic diagram showing effects of the orientation of precipitations on interparticle dislocation slip on basal plane of the magnesium matrix[22].3 Mg-Zn-Al 系合金性能及其析出相.3.1 Mg-Zn-Al 系合金的铸造性能在 Mg-Al 二元合金中，Al 元素有助于优化合金铸造性能，加入少量 Zn 可升合金流动性和强度，典型的合金有 AZ91 和 AZ31[3]。但是随着 Zn 含量增别是超过 2wt%时，合金会发生严重的热裂，如 AZ63[24, 25]。合金的铸造性能与合金元素含量之间一般满足∧-型曲线特征，即随着合金元素增加，合金热裂倾向先增后减[26,27]。图 1.2 给出了 Mg-Al-Zn 合金铸造性元素含量关系[28]。从图 1.2 可以看出，Mg-Zn-Al 系合金大部分位于可铸造区n 过高进入脆性区，过低则为热裂区。此图只是给出了铸造变化趋势，并没有热裂程度和可铸造区与元素关系一个量化关系。有相关报道了 Mg-Zn-Al 系合裂可能与较宽凝固区间有关[29, 30]。
图 1.2 Mg-Al-Zn 合金铸造性能与 Al、Zn 含量关系[28]Fig. 1.2 The influence ofAl and Zn elements on the castability of Mg-Al-Zn alloys[28].3.2 Mg-Zn-Al 系合金的力学性能针对 Mg-Zn-Al 系合金，Zhang[28]对 8~14wt%Zn，2~6wt%Al 成分范围合金学性能进行详细的报道。对于室温拉伸性能，当 Zn 含量为 8~12wt%范围时， Al 含量的增加，合金的屈服强度（YS）会升高。当 Al 含量为 4wt%时，合金拉强度（UTS）最高。当 Zn 含量为 12wt%~14wt%时，Al 含量越低，合金抗度会越高。此外，对于 Mg-Zn-Al 系合金的蠕变测试表明，Zn 含量一定，At%时，抗蠕变性能最好。合金的冲击韧性，与 Zn 和 Al 总含量有关，合金元量越高，性能越差[24,31]。现在的 Mg-Zn-Al 系合金在抗蠕变性能方面有一定优是仍需添加一些元素提升合金力学性能，主要原因是 Zn 和 Al 在镁基体有较解度，时效后会析出大量 相，虽然 相不是在镁的柱面或者锥面形成，但析出相密度较高，合金具有较高的力学性能。但 相熔点低，高温下不能有碍位错运动，因此需加入新的元素，新元素加入后会形成稳定、高强度第二相
士学位论文 图 1.3 所示。前人对 Mg-Zn-Al 系相图 Τ 相和 相一直存在立方结构，晶胞参数 a=1.46nm，空间群结构为 Im3_，化学式为36]。 相成分区间相对Τ相较窄，属于正交晶系（a=0.8979nm，m），空间群为 Pbcm，化学式 Mg5Al2Zn2[37]。利用 SAED（选区（会聚束衍射）等技术确定： 相空间群结构为 Pbcm，l)17[38]。
【参考文献】
相关期刊论文 前4条
1 潘复生 ;王敬丰 ;章宗和 ;丁培道;;中国镁工业发展的机遇、挑战和责任[J];中国金属通报;2008年02期
2 曾小勤,丁文江,姚正裔,彭立明,卢晨;Mg-Zn-Al系合金组织和力学性能[J];上海交通大学学报;2005年01期
3 李金锋,耿浩然,王英姿,亓效刚;Si、Y对铸造Mg-Zn-Al合金组织性能的影响[J];热加工工艺;2004年12期
4 张丁非;丁培道;潘复生;彭建;;重庆镁合金研究与产业的发展现状与建议[J];材料导报;2004年08期
本文编号：2874714
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