Mg-Zn-Y系与Mg-Al-Zn系镁合金半固态制备研究

发布时间：2017-08-10 09:31

  本文关键词：Mg-Zn-Y系与Mg-Al-Zn系镁合金半固态制备研究

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【摘要】：半固态成型是高效、节能的材料加工前沿技术,结合了液态和固态合金成型的有利条件,且兼具有低成本、高性能和对模具热冲击小等诸多优点,广泛适用于镁合金零部件的制备和开发,已成为近年来镁合金加工技术研究的热点之一。本文以挤压Mg-2Zn-xY (X=0.5、1、2at.%)合金与挤压Mg-8A1-0.7Zn镁合金进行了等温处理法制备镁合金半固态坯料,研究了其在不同半固态等温温度和等温时间下的微观组织演变规律。同时,进行了挤压态Mg-2Zn-0.5Y与Mg-8A1-0.7Zn镁合金电磁感应加热法制备半固态坯料的研究,观察了不同加热温度与时间条件下的微观组织演变规律。研究主要结果如下：挤压Mg-2Zn-0.5Y合金的物相组成为a-Mg相、Mg3Zn3Y2 (W-Phase)和准晶相Mg3Zn6Y (I-Phase);挤压Mg-2Zn-1Y和Mg-2Zn-2Y合金的物相组成均为a-Mg相和Mg3Zn3Y2。三种Mg-2Zn-xY合金中,挤压Mg-2Zn-1Y合金中a-Mg相基体晶粒尺寸最小。用等温处理法制备挤压Mg-2Zn-xY合金半固态坯料,当等温时间为10min时,随着等温温度的升高,α-Mg固相晶粒逐渐球化,并趋于分离,原晶界处的液相和晶内液池体积分数均明显增加；在580℃,随等温时间延长(≤30min),Mg-2Zn-0.5Y合金微观组织演变以固相球圆整化和长大(即Ostwald熟化机制)为主,而Mg-2Zn-1Y和Mg-2Zn-2Y合金微观组织演变过程中Ostwald熟化和固相球熔化机制同时发挥作用。用电磁感应加热法快速制备挤压Mg-2Zn-xY合金半固态坯料,所得的半固态组织均匀、细小且固相球圆整,耗能低需时短。随着加热时间的延长,固相颗粒合并长大机制与熔化机制共同起主导作用。铸态Mg-8Al-0.7Zn的组织为粗大的树枝晶,由α-Mg相基体与沿晶界分布的不连续网状的β-Mg17A112相组成；挤压态Mg-8A1-0.7Zn镁合金的物相组成为单一a-Mg相,且为均匀细小的等轴晶粒,平均尺寸为18μm。以此样品为原料,采用等温处理法制备半固态坯料,在相似的处理条件下得到的固相球组织较粗大,耗时较长。采用电磁感应加热法快速制备半固态坯料,得到了组织细小、均匀且固相球圆整的半固态组织。在电磁感应加热半固态处理过程中,液相出现前先发生晶粒合并长大,而后形成液相包围α-Mg固相颗粒的半固态组织,同时a-Mg固相颗粒内部也有小液池出现。通过观察不同方法制备半固态后的微观组织,电磁感应加热法制备镁合金半固态坯料具有固相球颗粒晶粒细小圆整、分布均匀的特点,且耗能低、耗时短。而等温处理法制备镁合金半固态坯料的方法,虽然获得固相球更为圆整,但是固相球的晶粒尺寸相比挤压态原始晶粒尺寸发生了严重的长大,成型后的力学性能必然受到影响。此外,本文还探究了大过热法以及多级加热法制备镁合金半固态坯料,大过热法虽然加热时间短,且获得固相球晶粒尺寸细小,但是由于温度过高,温度梯度大,容易燃烧,且内外组织不够均匀,所以难以工业实现。多级加热法综合了等温处理法以及电磁感应加热法的优势,获得固相球颗粒细小、均匀且圆整,且耗能低耗时短,具有较好的工业推广价值。
【关键词】：Mg-2Zn-xY Mg-8Al-0.7Zn 半固态 等温处理 电磁感应加热 微观组织
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG379
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 半固态成型技术概括13-17
• 1.1.1 半固态合金成型技术及成型机理13-14
• 1.1.2 半固态合金的成型工艺14
• 1.1.3 半固态坯料的制备方法14-17
• 1.2 镁合金半固态成型技术的研究17-19
• 1.2.1 镁合金的概况17-18
• 1.2.2 镁合金半固态成型的研究现状18-19
• 1.3 课题研究意义19-21
• 第2章 实验材料与方法21-25
• 2.1 实验材料21
• 2.2 实验方法21-23
• 2.2.1 等温处理法制备挤压Mg-2Zn-xY合金半固态坯料的实验21-22
• 2.2.2 电磁感应加热法制备挤压Mg-2Zn-0.5Y合金半固态坯料的实验22
• 2.2.3 等温处理法制备挤压Mg-8Al-0.7Zn合金半固态坯料的实验22-23
• 2.2.4 电磁感应加热法制备挤压Mg-8Al-0.7Zn合金半固态坯料的实验23
• 2.3 实验仪器23-25
• 第3章 等温处理法与电磁感应加热法制备Mg-2Zn-xY合金半固态坯料的研究25-47
• 3.1 引言25
• 3.2 Mg-2Zn-xY合金微观组织25-28
• 3.2.1 铸态Mg-2Zn-xY合金微观组织与物相分析25-27
• 3.2.2 挤压态Mg-2Zn-xY合金微观组织与物相分析27-28
• 3.3 挤压态Mg-2Zn-0.5Y镁合金半固态等温处理过程中的组织演变(液相出现前)28-30
• 3.4 挤压态Mg-2Zn-xY镁合金半固态等温处理过程中的组织演变(液相出现后)30-41
• 3.4.1 挤压态Mg-2Zn-0.5Y镁合金半固态等温处理过程中的组织演变30-33
• 3.4.2 挤压态Mg-2Zn-1Y镁合金半固态等温处理过程中的组织演变33-35
• 3.4.3 挤压态Mg-2Zn-2Y镁合金半固态等温处理过程中的组织演变35-38
• 3.4.4 半固态等温温度对Mg-2Zn-xY合金微观组织的影响38-40
• 3.4.5 半固态等温时间对Mg-2Zn-xY合金微观组织的影响40-41
• 3.5 挤压态Mg-2Zn-0.5Y镁合金半固态电磁感应加热处理过程中的组织演变41-42
• 3.6 电磁感应加热法与等温处理法制备Mg-2Zn-0.5Y镁合金半固态坯料晶粒尺寸与固相率分析42-46
• 本章小结46-47
• 第4章 等温处理法与电磁感应加热法制备Mg-8Al-0.7Zn镁合金半固态坯料的研究47-59
• 4.1 引言47-48
• 4.2 铸态与挤压态Mg-8Al-0.7Zn镁合金微观组织48-49
• 4.3 半固态等温处理Mg-8Al-0.7Zn镁合金微观组织演变49-52
• 4.3.1 半固态等温温度对Mg-8Al-0.7Zn镁合金微观组织的影响49-50
• 4.3.2 半固态等温时间对Mg-8Al-0.7Zn镁合金微观组织的影响50-52
• 4.4 半固态电磁感应加热处理Mg-8Al-0.7Zn镁合金微观组织演变52-56
• 4.4.1 电磁感应加热Mg-8Al-0.7Zn镁合金半固态处理水淬冷却后的微观组织52-55
• 4.4.2 电磁感应加热Mg-8Al-0.7Zn镁合金半固态处理液氮冷却后的微观组织55-56
• 4.5 电磁感应加热法与等温处理法制备Mg-8Al-0.7Zn镁合金半固态坯料晶粒尺寸与固相率分析56-57
• 4.6 Mg-Zn-Y系与Mg-Al-Zn系镁合金半固态制备的对比57-58
• 本章小结58-59
• 第5章 其他方法制备Mg-2Zn-0.5Y半固态坯料的探究59-69
• 5.1 引言59
• 5.2 大过热法制备Mg-2Zn-0.5Y镁合金半固态坯料的研究59-65
• 5.2.1 Mg-2Zn-0.5Y镁合金在610℃等温处理不同时间的微观组织演变59-60
• 5.2.2 Mg-2Zn-0.5Y镁合金在710℃等温处理不同时间的微观组织演变60-61
• 5.2.3 Mg-2Zn-0.5Y镁合金在810℃等温处理不同时间的微观组织演变61-62
• 5.2.4 Mg-2Zn-0.5Y镁合金在910℃等温处理不同时间的微观组织演变62-65
• 5.3 多级加热法制备挤压态Mg-2Zn-0.5Y镁合金半固态坯料的研究65-68
• 5.3.1 一级加热温度以及加热时间工艺的研究65-66
• 5.3.2 二级加热温度以及加热时间工艺的研究66-68
• 本章小结68-69
• 结论69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-76
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文76

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