深冷处理对Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金显微组织与力学性能的影响

发布时间：2017-08-16 07:20

  本文关键词：深冷处理对Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金显微组织与力学性能的影响

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【摘要】：世界稀土资源非常丰富,其中,中国是稀土资源储存量最大的国家。稀土元素是镁合金常用的合金化元素,不仅用于耐热镁合金材料中,还用于耐高温镁合金、高强镁合金材料中。稀土镁合金应用范围从镁合金初期的航空航天事业和军事领域中,扩展到导弹、汽车、电子通信等领域。稀土元素对镁合金的力学性能、耐蚀抗氧化性能、摩擦性能及疲劳性能等的提高有着极大的促进作用。深冷处理同样被验证对钢铁耐蚀抗氧化性能、耐磨性等均有显著的提高,未来必将作为材料研究的重要方向而受到国内外材料研究学者的青睐。但是镁合金深冷处理的机理研究国内外鲜有相关报道。因此,本文对深冷处理采用不同的工艺参数(深冷时间、深冷温度),主要研究了Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金在经过不同时间的深冷处理(-180℃)和该合金经过不同温度的深冷处理(1 h)后其显微组织和力学性能的变化。另外分析了尺寸效应对深冷处理Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金纤维组织和力学性能的影响。深冷处理能促进Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金中准晶相I相的析出。原始挤压态的Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金由Mg相和W相组成。深冷处理后合金中第二相颗粒的体积分数随着深冷时间的延长而增加,深冷处理1 h后,合金中产生准晶相I相。3 h时,第二相颗粒的体积分数达到最大值31.5%。而后随着时间的增加,析出速率逐渐变慢,第二相析出量反而减少。当深冷时间达到24 h后,合金中第二相体积分数和原始挤压态合金的第二相体积分数相差不大。而随着深冷时间的增加,I相的含量和成分发生的变化可能导致深冷时间对Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金的硬度、塑性和强度作用甚微。此外,对不同时间深冷处理的Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金进行EBSD分析,其结果表明,长时间的深冷处理有助于减少Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金中的孪晶。原始挤压态Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金中孪晶数为75%。深冷处理后的Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金中的孪晶明显得到减少。深冷处理1 h后,合金中孪晶百分数从原始挤压态时的75%下降到63%。3 h深冷处理后,孪晶百分数继续下降到54%。随着深冷时间的增加,孪晶不断减少。当深冷处理的时间达到24 h时,孪晶百分数降到23.3%,比原始挤压态合金的孪晶少51.7%。因此,Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金中的孪晶随着深冷处理时间的增加逐渐消失。对比经过不同温度的深冷处理Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金的显微组织和力学性能,结果表明合金中第二相的体积分数随着深冷温度的降低而少量增多。深冷处理后Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金中产生的准晶相I相有利于提高合金的硬度。深冷温度对Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金的显微硬度有明显影响。深冷温度越低Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金的显微硬度越高。超低温使合金中产生更多的I相。因为准晶相I相一般都具有比较好的热稳定性,能够牢固地附着在基体上,这也是I相能成为有效的增强相的主要原因。对0.5 mm、1 mm和3 mm三种不同厚度的Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金进行深冷处理后,分析在深冷处理过程中尺寸效应对合金的影响,结果表明,尺寸效应对深冷处理的镁合金显微组织影响不大。深冷处理后,0.5 mm和1 mm厚度的合金芯部和表面的显微硬度都有明显提高,但是材料为3 mm时,无论是表面还是中心,硬度没有明显的变化。而深冷处理前后Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金的厚度为3 mm的显微硬度明显比0.5 mm和1 mm厚度的合金显微硬度要低,因为深冷处理促进合金组织中大尺寸的粗晶动态再结晶生成大量较细小的亚晶和这些再结晶再次长大。尺寸效应对深冷处理的Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金的塑性和强度有一定影响,但是变化不大。
【关键词】：稀土镁合金 深冷处理 尺寸效应 显微组织 力学性能
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22;TG156.91
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 镁及镁合金概述10-14
• 1.1.1 镁的基本特性10-11
• 1.1.2 镁合金的特点11-13
• 1.1.3 变形镁合金13-14
• 1.2 稀土元素在变形镁合金中的应用14-16
• 1.3 深冷处理技术16-19
• 1.3.1 深冷处理概述16-17
• 1.3.2 深冷处理在合金领域的应用研究17-19
• 1.3.3 镁合金的深冷处理19
• 1.4 选题意义及研究内容19-22
• 1.4.1 选题意义19-20
• 1.4.2 研究内容20-22
• 第2章 实验方案及研究方法22-28
• 2.1 工艺路线22-23
• 2.2 材料制备23-24
• 2.2.1 铸造熔炼23
• 2.2.2 挤压成型23
• 2.2.3 深冷工艺23-24
• 2.3 组织观察24-27
• 2.3.1 金相24
• 2.3.2 XRD测试24-25
• 2.3.3 SEM观察25
• 2.3.4 电子背散射衍射25-27
• 2.4 力学性能检测27-28
• 2.4.1 硬度测试27
• 2.4.2 拉伸试验27-28
• 第3章 深冷时间对Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金显微组织和力学性能的影响28-41
• 3.1 显微组织28-36
• 3.1.1 金相组织28-31
• 3.1.2 XRD分析31-33
• 3.1.3 SEM分析33-36
• 3.2 力学性能36-38
• 3.2.1 显微硬度36
• 3.2.2 拉伸性能36-38
• 3.3 本章小结与讨论38-41
• 第4章 深冷处理前后镁合金的相变与织构演变41-51
• 4.1 EBSD取向成像分析41-44
• 4.2 差取向角分析44-46
• 4.3 晶粒尺寸分布情况46-48
• 4.4 极图分析48-49
• 4.5 本章小结与讨论49-51
• 第5章 深冷温度对Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金显微组织和力学性能的影响51-61
• 5.1 显微组织51-57
• 5.1.1 金相组织51-53
• 5.1.2 XRD分析53-54
• 5.1.3 SEM分析54-57
• 5.2 力学性能57-58
• 5.3 本章小结与讨论58-61
• 第6章 尺寸效应对深冷处理Mg-3.5Zn-0.6Gd镁合金的显微组织和力学性能的影响61-70
• 6.1 显微组织61-64
• 6.1.1 金相组织61-63
• 6.1.2 XRD分析63-64
• 6.2 力学性能64-67
• 6.2.1 硬度测试64-65
• 6.2.2 拉伸性能65-67
• 6.3 本章小结与讨论67-70
• 第7章 结论与展望70-73
• 7.1 主要结论70-71
• 7.2 展望71-73
• 致谢73-75
• 参考文献75-80
• 攻读学位期间的研究成果80

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本文编号：682016