Mg-7Gd-5Y-0.6Zn-0.9Zr镁合金热变形行为及热旋组织性能演变

发布时间：2017-09-01 19:21

  本文关键词：Mg-7Gd-5Y-0.6Zn-0.9Zr镁合金热变形行为及热旋组织性能演变

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【摘要】：由于对减重环保的要求越来越高,金属镁及其合金的应用越来越受到人们的青睐,目前无论是汽车工业还是航空航天工业都在积极尝试镁合金的应用,不断挖掘其应用的潜力。然而由于传统镁合金耐热性差、抗蠕变性能差、强度较低以及成形性能差而使得其应用受到限制。而稀土元素的加入,不但可以提高镁合金的室温和高温强度,而且还能够改善镁合金的耐热性能、抗蠕变性能和热处理性能。本文以Mg-7Gd-5Y-0.6Zn-0.9Zr镁合金为例,研究了其热处理强化过程中组织的演化规律及强化机理。为了满足航空航天领域对高性能轻质薄壁回转体构件的需求,首先研究了该合金的热变形行为及组织演化规律,计算了合金的激活能,建立了热加工图。以此为基础探究了该合金的热旋成形工艺,分析了该合金在旋压成形过程中组织和性能的演化规律。结果表明:Mg-7Gd-5Y-0.6Zn-0.9Zr镁合金初始状态主要由α-Mg基体,晶界Mg3(Gd,Y,Zn)相,少量的晶内层片状14H长周期相,富稀土块状相和偏聚的Zr元素组成。500℃、10h固溶后合金的固溶强度最高,主要是由于晶界Mg3(Gd,Y,Zn)相不断的分解,稀土元素向晶粒内部扩散,在晶内过饱和且较为均匀分布造成的。210℃、120h峰值时效后,沿晶界析出许多细小的颗粒相,晶内也析出了富稀土相颗粒以及偏聚的Zr元素,使得合金的屈服强度和抗拉强度明显提高,而延伸率显著降低。Mg-7Gd-5Y-0.6Zn-0.9Zr镁合金在热压缩过程中,随着温度的升高和应变速率的降低流动应力减小,但是其动态再结晶体积分数却不断升高。变形激活能为Q=260.85KJ/mol。由热加工图可知该合金合理的变形参数窗口为:温度为375℃-440℃,应变速率为0.001s-1-0.006s-1的低温低应变速率区;温度为440℃-460℃,应变速率为0.006s-1-0.2s-1的中温中应变速率区;温度为460℃-475℃,应变速率为0.2s-1-1s-1的高温高应变速率区。低温高应变速率下易变形失稳;高温低应变速率下,晶粒有长大趋势。Mg-7Gd-5Y-0.6Zn-0.9Zr镁合金合理的热旋温度区间为440℃-460℃。减薄率较小时,材料沿厚度方向变形不均匀,内表面变形量小而外表面变形量大。随着总减薄率的增加,材料的强度首先升高,但是总减薄量过大时,由于材料内部产生微裂纹而使得其性能降低。
【关键词】：Mg-7Gd-5Y-0.6Zn-0.9Zr镁合金 固溶强化 时效强化 热压缩 可旋性 组织演变
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG306
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 稀土镁合金的研究现状12-19
• 1.2.1 镁合金的应用现状12-13
• 1.2.2 Mg-RE-Zn合金的研究现状13-19
• 1.3 镁合金的热变形行为研究现状19-20
• 1.4 旋压技术研究现状20-22
• 1.4.1 国外旋压技术研究现状20-21
• 1.4.2 国内旋压技术研究现状21
• 1.4.3 镁合金旋压研究进展21-22
• 1.5 本课题的主要研究内容22-23
• 第2章 实验材料及方法23-27
• 2.1 实验材料23
• 2.2 实验方法23-24
• 2.2.1 热处理制度23-24
• 2.2.2 热压缩实验24
• 2.2.3 旋压实验24
• 2.3 分析方法24-27
• 2.3.1 光学显微组织观察（OM）24
• 2.3.2 扫描组织观察（SEM）24-25
• 2.3.3 透射组织观察（TEM）25
• 2.3.4 X射线衍射分析（XRD）25
• 2.3.5 X射线荧光衍射分析（XRF）25
• 2.3.6 差示扫描量热分析（DSC）25
• 2.3.7 硬度分析25-26
• 2.3.8 强度和延伸率分析26-27
• 第3章Mg-7Gd-5Y-0.6Zn-0.9Zr镁合金铸态及热处理组织和性能研究27-44
• 3.1 引言27
• 3.2 Mg-7Gd-5Y-0.6Zn-0.9Zr镁合金铸态组织研究27-31
• 3.3 固溶处理对合金组织和性能的影响31-37
• 3.3.1 固溶处理对合金性能的影响32-33
• 3.3.2 固溶处理对合金组织的影响33-37
• 3.4 时效处理对合金组织和性能的影响37-41
• 3.4.1 时效处理对合金性能的影响37-38
• 3.4.2 时效处理对合金组织的影响38-41
• 3.5 断口分析41-42
• 3.5.1 固溶处理对断裂行为的影响41
• 3.5.2 时效处理对断裂行为的影响41-42
• 3.6 本章小结42-44
• 第4章Mg-7Gd-5Y-0.6Zn-0.9Zr镁合金热变形行为研究44-60
• 4.1 引言44
• 4.2 压缩应力-应变曲线及其规律44-47
• 4.2.1 应变速率对应力的影响47
• 4.2.2 温度对应力的影响47
• 4.3 热变形动力学模型47-50
• 4.4 热压缩过程中组织演变规律50-52
• 4.4.1 变形温度对组织的影响50-51
• 4.4.2 应变速率对组织的影响51-52
• 4.5 热加工图分析52-58
• 4.5.1 加工图理论52-54
• 4.5.2 加工图的建立54
• 4.5.3 加工图分析54-56
• 4.5.4 加工图组织验证56-58
• 4.6 本章小结58-60
• 第5章Mg-7Gd-5Y-0.6Zn-0.9Zr镁合金旋压组织与性能研究60-71
• 5.1 引言60
• 5.2 实验工装与坯料设计60-63
• 5.2.1 芯轴设计与加热方式60-61
• 5.2.2 坯料与旋轮设计61-63
• 5.3 旋压结果分析63-69
• 5.3.1 旋压性能分析63-64
• 5.3.2 旋压组织分析64-69
• 5.4 断口分析69-70
• 5.5 本章小结70-71
• 结论71-73
• 参考文献73-79
• 致谢79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 吕宜振,翟春泉,王渠东,曾小勤,朱燕萍;压铸镁合金的应用现状及发展趋势[J];铸造;1998年12期

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本文编号：773942