Mg-Gd-Y-Zn-Zr高强铸造镁合金的显微组织和力学性能研究
发布时间：2021-09-25 19:56
稀土镁合金作为当今最具发展潜力且具有高强韧等性能的镁合金,其在航空航天和汽车等领域的应用前景相当广阔。在得到发展的稀土镁合金中,Mg-Gd-Y-Zn-Zr铸造镁合金被认为发展潜力较大。近10多年来,国内外高度重视Mg-Gd-Y-Zn-Zr铸造镁合金的研究开发,并围绕合金成份设计和热处理强化等开展了许多积极的研究。众所周知,Gd和Y是Mg-Gd-Y-Zn-Zr铸造镁合金的主要合金元素,因此优化其成份对于研制开发高性能的Mg-Gd-Y-Zn-Zr镁合金意义重大。目前,国内外针对Mg-Gd-YZn-Zr镁合金组织和性能研究涉及的Gd和Y的成份变化范围较大,加之相关的研究也还不是十分系统和完善,因此有必要在较小成分范围内进一步研究Gd和Y的成份优化及后续热处理等对Mg-Gd-Y-Zn-Zr铸造镁合金显微组织和力学性能的影响,从而为高性能Mg-Gd-Y-Zn-Zr铸造高强镁合金的开发及应用奠定理论基础。本文在前期Mg-Gd-Y-Zn-Zr高强铸造镁合金研究的基础上,通过少量改变主要元素Gd和Y的含量,设计制备了Mg-xGd-1Y-1Zn-0.5Zr和Mg-xGd-2Y-1Zn-0.5Zr（x=9...
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
井式坩埚电阻炉图
重庆理工大学硕士学位论文142.3试验合金的熔炼和制备2.3.1试验原材料按照表2.1所示来设计试验合金的化学成分。在合金制备的过程中，充分的考虑了试验合金高温燃烧过程中的烧损问题，其中烧损率大约为11%（除了纯Mg和Zn），因此按表2.1设计出来的成分与实际成分差别不大。配制试验合金时，原材料主要有纯Mg和纯Zn（>99.9wt.%）以及Mg-24.75wt.%Gd、Mg-19.44wt.%Y和Mg-27.8wt.%Zr（质量分数）三种中间合金。原材料均为在市场上购买所得，根据所需的成分重量进行配比，称取的重量统一精确到小数点后两位。2.3.2试验合金的熔炼试验合金的熔炼设备为井式坩埚电阻炉，设备如图2.2所示。熔炼温度大约控制在750℃，保护气氛的气体为CO2+SF6，同时采用熔剂来保护。实验前需要将各种合金先进行无水烘干，这样可以防止熔炼过程中发生爆炸事故，主要的熔炼过程大致如下：将块状的试验合金原材料放入已经烧红的坩埚中，此时炉内温度大约为500℃，升高温度至700℃，等合金全部融化成液态后且其颜色呈现明显的暗红色时，顺时针匀速搅拌，静置5分钟，再依次加入镁-稀土中间合金进行熔炼，温度控制在760℃，等待完全融化。注意放入中间合金时需要用夹钳小心放入，防止飞溅。将精炼剂加热注入到钟罩内伸入熔体精炼除渣，放入精炼剂时需缓缓放入，切勿触碰到坩埚底部，然后顺时针逆时针交替搅拌均匀，2分钟后调低炉温至浇注温度740℃，静置15min后，然后浇注到已预热的模具中。待其凝固后打开模具取出绽子。图2.2井式坩埚电阻炉图图2.3电偶式热处理炉
重庆理工大学硕士学位论文162.5.2金相分析实验设备为Leica光学显微镜，设备如图2.6所示。实验过程主要为：先用400#大小的无锡牌干湿两用的砂纸进行粗磨，主要是将样品表面打磨平整，再依次用600#、800#的砂纸细磨，最后用1000#的砂纸进行最后的细磨，每更换一次砂纸都要更换打磨方向，磨好后用酒精冲洗，然后吹干样品表面。对于铸态的试验合金，先用8%的硝酸酒精对其表面进行腐蚀，腐蚀后即刻用酒精冲洗后吹干，再用5g苦味酸+10mL冰醋酸+10mL水+70mL酒精进行腐蚀，腐蚀后即刻用酒精冲洗后吹干，再用8%的硝酸酒精对其表面进行清洁处理，最后用酒精冲洗干净再吹干样品表面。对于热处理态的试验合金，先用5g苦味酸+5g冰醋酸+10mL去离子水+80mL酒精腐蚀，再用8%的硝酸酒精溶液清洁干净样品表面，最后对样品表面在抛光机上抛光处理，抛光时沿着磨痕垂直的方向抛光，最后用酒精清洗再吹干。将处理好的试验样品保存至酒精溶液中防止氧化，拍摄时用镊子夹取吹干观察组织金相图片。2.5.3SEM及EDS分析图2.6莱卡金相显微镜图2.4DSC-TG热分析仪图2.5DSC分析工艺曲线时间/t温度/T100℃15K/min15K/min700℃;5min
【参考文献】：
期刊论文
[1]Gd含量对Mg-xGd-1.0Y-1.0Zn-0.5Zr镁合金微观组织和力学性能的影响[J]. 钟罗喜,袁淑,张奇,李林峰,杨明波. 铸造. 2019(07)
[2]新型稀土镁合金的研究进展[J]. 邢清源,孟令刚,杨守杰,周永江,张兴国. 铸造. 2018(04)
[3]户外圆桌面铝合金扇形件压铸模具设计[J]. 张玉玺. 铸造. 2017(06)
[4]铸造稀土镁合金的研究现状及发展趋势[J]. 苏再军,黄艳香,刘楚明,杨新华. 特种铸造及有色合金. 2015(10)
[5]高性能稀土镁合金的研究及其应用[J]. 席俊杰,刘杰. 热加工工艺. 2014(10)
[6]高性能镁合金及其在汽车行业应用的研究进展[J]. 李宜达,梁敏洁,廖海洪,张晓. 热加工工艺. 2013(10)
[7]Mg-Gd-Y-Zr系耐热镁合金的研究进展[J]. 周伟,李全安,亢海娟,王耀贵. 稀有金属与硬质合金. 2012(05)
[8]Mg-Gd-Y-Nd-Zr合金的高温固溶研究[J]. 仲莹莹,沈枫,杨京,李文瑛. 航天制造技术. 2011(02)
[9]Mg-Gd-Zn（-Zr）合金中长周期堆垛有序结构的研究现状及发展趋势[J]. 黄飞,吴玉娟,彭立明,董杰,林栋樑,丁文江,彭颖红. 材料导报. 2011(03)
[10]Mg-Gd-Zn-Zr合金中的LPSO结构和时效相[J]. 曾小勤,吴玉娟,彭立明,林栋樑,丁文江,彭赢红. 金属学报. 2010(09)
博士论文
[1]Mg-Y-Sm-Zr系镁合金组织性能研究[D]. 李大全.上海交通大学 2008
[2]Mg-Gd-Y-Zr（-Ca）合金的微观组织演变、性能和断裂行为研究[D]. 何上明.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]Mg-7Gd-3Y-0.4Zr合金显微组织与性能研究[D]. 官迪凯.中南大学 2010
[2]Mg-Gd-Nd系合金析出相的电子显微研究[D]. 谢中柱.北京工业大学 2007
本文编号：3410346
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
井式坩埚电阻炉图
重庆理工大学硕士学位论文142.3试验合金的熔炼和制备2.3.1试验原材料按照表2.1所示来设计试验合金的化学成分。在合金制备的过程中，充分的考虑了试验合金高温燃烧过程中的烧损问题，其中烧损率大约为11%（除了纯Mg和Zn），因此按表2.1设计出来的成分与实际成分差别不大。配制试验合金时，原材料主要有纯Mg和纯Zn（>99.9wt.%）以及Mg-24.75wt.%Gd、Mg-19.44wt.%Y和Mg-27.8wt.%Zr（质量分数）三种中间合金。原材料均为在市场上购买所得，根据所需的成分重量进行配比，称取的重量统一精确到小数点后两位。2.3.2试验合金的熔炼试验合金的熔炼设备为井式坩埚电阻炉，设备如图2.2所示。熔炼温度大约控制在750℃，保护气氛的气体为CO2+SF6，同时采用熔剂来保护。实验前需要将各种合金先进行无水烘干，这样可以防止熔炼过程中发生爆炸事故，主要的熔炼过程大致如下：将块状的试验合金原材料放入已经烧红的坩埚中，此时炉内温度大约为500℃，升高温度至700℃，等合金全部融化成液态后且其颜色呈现明显的暗红色时，顺时针匀速搅拌，静置5分钟，再依次加入镁-稀土中间合金进行熔炼，温度控制在760℃，等待完全融化。注意放入中间合金时需要用夹钳小心放入，防止飞溅。将精炼剂加热注入到钟罩内伸入熔体精炼除渣，放入精炼剂时需缓缓放入，切勿触碰到坩埚底部，然后顺时针逆时针交替搅拌均匀，2分钟后调低炉温至浇注温度740℃，静置15min后，然后浇注到已预热的模具中。待其凝固后打开模具取出绽子。图2.2井式坩埚电阻炉图图2.3电偶式热处理炉
重庆理工大学硕士学位论文162.5.2金相分析实验设备为Leica光学显微镜，设备如图2.6所示。实验过程主要为：先用400#大小的无锡牌干湿两用的砂纸进行粗磨，主要是将样品表面打磨平整，再依次用600#、800#的砂纸细磨，最后用1000#的砂纸进行最后的细磨，每更换一次砂纸都要更换打磨方向，磨好后用酒精冲洗，然后吹干样品表面。对于铸态的试验合金，先用8%的硝酸酒精对其表面进行腐蚀，腐蚀后即刻用酒精冲洗后吹干，再用5g苦味酸+10mL冰醋酸+10mL水+70mL酒精进行腐蚀，腐蚀后即刻用酒精冲洗后吹干，再用8%的硝酸酒精对其表面进行清洁处理，最后用酒精冲洗干净再吹干样品表面。对于热处理态的试验合金，先用5g苦味酸+5g冰醋酸+10mL去离子水+80mL酒精腐蚀，再用8%的硝酸酒精溶液清洁干净样品表面，最后对样品表面在抛光机上抛光处理，抛光时沿着磨痕垂直的方向抛光，最后用酒精清洗再吹干。将处理好的试验样品保存至酒精溶液中防止氧化，拍摄时用镊子夹取吹干观察组织金相图片。2.5.3SEM及EDS分析图2.6莱卡金相显微镜图2.4DSC-TG热分析仪图2.5DSC分析工艺曲线时间/t温度/T100℃15K/min15K/min700℃;5min
【参考文献】：
期刊论文
[1]Gd含量对Mg-xGd-1.0Y-1.0Zn-0.5Zr镁合金微观组织和力学性能的影响[J]. 钟罗喜,袁淑,张奇,李林峰,杨明波. 铸造. 2019(07)
[2]新型稀土镁合金的研究进展[J]. 邢清源,孟令刚,杨守杰,周永江,张兴国. 铸造. 2018(04)
[3]户外圆桌面铝合金扇形件压铸模具设计[J]. 张玉玺. 铸造. 2017(06)
[4]铸造稀土镁合金的研究现状及发展趋势[J]. 苏再军,黄艳香,刘楚明,杨新华. 特种铸造及有色合金. 2015(10)
[5]高性能稀土镁合金的研究及其应用[J]. 席俊杰,刘杰. 热加工工艺. 2014(10)
[6]高性能镁合金及其在汽车行业应用的研究进展[J]. 李宜达,梁敏洁,廖海洪,张晓. 热加工工艺. 2013(10)
[7]Mg-Gd-Y-Zr系耐热镁合金的研究进展[J]. 周伟,李全安,亢海娟,王耀贵. 稀有金属与硬质合金. 2012(05)
[8]Mg-Gd-Y-Nd-Zr合金的高温固溶研究[J]. 仲莹莹,沈枫,杨京,李文瑛. 航天制造技术. 2011(02)
[9]Mg-Gd-Zn（-Zr）合金中长周期堆垛有序结构的研究现状及发展趋势[J]. 黄飞,吴玉娟,彭立明,董杰,林栋樑,丁文江,彭颖红. 材料导报. 2011(03)
[10]Mg-Gd-Zn-Zr合金中的LPSO结构和时效相[J]. 曾小勤,吴玉娟,彭立明,林栋樑,丁文江,彭赢红. 金属学报. 2010(09)
博士论文
[1]Mg-Y-Sm-Zr系镁合金组织性能研究[D]. 李大全.上海交通大学 2008
[2]Mg-Gd-Y-Zr（-Ca）合金的微观组织演变、性能和断裂行为研究[D]. 何上明.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]Mg-7Gd-3Y-0.4Zr合金显微组织与性能研究[D]. 官迪凯.中南大学 2010
[2]Mg-Gd-Nd系合金析出相的电子显微研究[D]. 谢中柱.北京工业大学 2007
本文编号：3410346
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