Sn和Sr对Mg-2.0%Si镁合金组织和性能的影响

发布时间：2017-09-02 08:30

  本文关键词：Sn和Sr对Mg-2.0%Si镁合金组织和性能的影响

  更多相关文章： 镁合金 细化 变质 热处理 显微组织 力学性能

【摘要】：镁合金作为最轻的金属结构材料,具有密度小、铸造成型性好、导热和导电性能好、减振降噪、电磁屏蔽能力强和易于回收利用等优点,被誉为“21世纪绿色工程材料”。但镁合金的绝对强度比较低,制约了其大规模的生产和应用。虽然已经研发出添加稀土和稀有金属而获得性能优异的镁合金,但是由于成本较高,限制其只能在民用领域应用。所以研究设计出一些具有优良机械性能的铸造镁合金具有重要的现实意义。本课题在继承前人研究的基础上,继续对Mg-Si系合金的组织和性能进行研究。通过合金化处理来细化合金组织、改变合金中强化相的形状、分布以及数量,以期达到提高镁合金性能的目的。本文以Mg-2.0%Si合金为基础,通过添加碱金属元素Sr以及合金元素Sn,借助金相分析(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS),以及万能拉伸试验机等实验设备,研究Sn和Sr对Mg-2.0%Si镁合金组织和性能的影响。研究结果表明:(1)Mg-2.0%Si铸造镁合金组织主要由α-Mg基体和Mg_2Si两相组成。而Mg-2.0%Si-x%Sr合金组织也是由α-Mg基体、初生Mg_2Si相、共晶Mg_2Si相组成;添加0.04%和0.08%Sr时,大块的初生Mg_2Si尺寸变小,棱角钝化,数量增多,枝晶α-Mg的尺寸减小并趋于均匀化,混晶现象减少,共晶Mg_2Si仍以层片状存在;当Sr的含量增加到0.16%时,初生Mg_2Si颗粒尺寸达到最小,近似球化,均匀分布在α-Mg基体中;共晶Mg_2Si相不再是层片状结构,而是变成不规则的短棒状弥散分布在整个基体。虽然Sr元素的添加可以使合金组织细化,但是合金的硬度降低,合金抗拉强度并没有显著的提高,而合金的延伸率却有明显提升,其中Mg-2.0%Si-0.16%Sr合金较之Mg-2.0%Si提升了179%。(2)Mg-2.0%Si合金添加合金元素Sn后,能有效降低初生Mg_2Si相的尺寸,而共晶Mg_2Si由原来的层片状变成汉字状;在Mg-2.0%Si-x%Sn合金中,随着Sn合金元素的增加,汉字状的Mg_2Si的整体尺寸减小,并且逐渐向棒状和颗粒状分解;当Sn合金元素含量低于3.5%时,Mg-2.0%Si-x%Sn合金中Mg_2Sn相以颗粒状存在,而Sn含量为4.5%时,会生成不规则粗大的Mg_2Sn;Mg-2.0%Si-x%Sn合金的抗拉强度和延伸率均随着Sn含量的增加先增大后减小,在Sn含量为3.5%时达到最大值,分别为148.5Mpa和11.85%。合金硬度随着Sn的添加先降后生,在3.5%Sn时达到峰值;对Mg-2.0%Si-4.5%Sn合金进行固溶处理后,粗大的Mg_2Sn相已经不复存,共晶Mg_2Si由原来的汉字状变为小颗粒状;与160℃/4h和240℃/4h时效处理后相比,160℃/8h和240℃/8h时效处理后,均观察到多边形初生Mg_2Si棱角被钝化的现象。(3)Mg-2.0%Si-3.5%Sn-x%Sr合金组织主要由α-Mg基体、Mg_2Si和Mg_2Sn相以及MgSnSr三元合金相组成。基体中共晶Mg_2Si在添加Sr后其形貌由原来的汉字状变为细长的棒状和细小块状,而初生块状Mg_2Si的尺寸变小而且数量随着Sr含量的增加而减少。当Sr的含量低于0.5%时,MgSnSr主要以细小的针状组织存在,并且横跨晶界。而在Sr的含量达到1.0%时,合金组织中开始形成粗大的针状MgSnSr,进一步增加Sr的含量至1.5%和2.0%时,针状MgSnSr相数量进一步增加,但粗大的针状MgSnSr组织也越来越多。
【关键词】：镁合金 细化 变质 热处理 显微组织 力学性能
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 镁及镁合金概述9-10
• 1.2 镁合金的应用与回收10-11
• 1.2.1 镁合金的应用10-11
• 1.2.2 镁合金的回收11
• 1.3 镁合金的强化类型11-16
• 1.3.1 合金化强化11-14
• 1.3.2 热处理强化14-15
• 1.3.3 形变强化15-16
• 1.3.4 复合强化16
• 1.4 Mg_2Si相增强镁合金性能的研究16-19
• 1.4.1 Mg-Si系合金中Mg_2Si强化相的细化16-18
• 1.4.2 Mg-Si系合金中Mg_2Si相对耐腐蚀性能的影响18-19
• 1.5 课题的主要研究内容19
• 1.6 课题的研究目的和意义19-21
• 第二章 实验材料和方法21-26
• 2.1 实验方案21
• 2.2 实验合金成分设计21-22
• 2.3 实验合金的熔炼和铸造22-24
• 2.3.1 实验材料准备22-24
• 2.3.2 合金熔炼与浇铸24
• 2.4 表征方法24-25
• 2.4.1 XRD分析24-25
• 2.4.2 金相分析25
• 2.5 性能测试25-26
• 第三章 Mg-2.0%Si-x%Sr合金组织和力学性能26-34
• 3.1 引言26
• 3.2 XRD结果分析26-27
• 3.3 铸态组织Mg-2.0%Si金相组织分析27
• 3.4 不同Sr含量的Mg-2.0%Si-x%Sr合金金相组织分析27-30
• 3.5 Mg-2.0%Si-x%Sr铸态合金室温力学性能30-33
• 3.5.1 Mg-2.0%Si-x%Sr铸态合金的硬度30-31
• 3.5.2 Mg-2.0%Si-x%Sr铸态合金的拉伸力学性能31-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第四章 Mg-2.0%Si-x%Sn合金组织和性能的研究34-43
• 4.1 引言34
• 4.2 XRD结果分析34-35
• 4.3 Mg-2.0%Si合金的铸态组织35
• 4.4 不同Sn含量的Mg-2.0%Si-x%Sn的组织35-37
• 4.5 Mg-2.0%Si-x%Sn铸态合金室温力学性能37-39
• 4.5.1 Mg-2.0%Si-x%Sn铸态合金硬度37-38
• 4.5.2 Mg-2.0%Si-x%Sn铸态合金室温拉伸性能38-39
• 4.6 热处理对Mg-2.0%Si-4.5%Sn合金组织的影响39-42
• 4.6.1 固溶处理后Mg-2.0%Si-4.5%Sn合金组织40-41
• 4.6.2 固溶时效处理后Mg-2.0%Si-4.5%Sn合金组织41-42
• 4.7 本章小结42-43
• 第五章 Mg-2.0%Si-3.5%Sn-x%Sr合金组织的研究43-48
• 5.1 引言43
• 5.2 XRD结果分析43-44
• 5.3 Mg-2.0%Si-3.5%Sn-x%Sr合金组织形貌分析44-47
• 5.3.1 Mg-2.0%Si-3.5%Sn合金组织形貌44
• 5.3.2 不同Sr含量对Mg-2.0%Si-3.5%Sn合金组织的影响44-47
• 5.4 本章小结47-48
• 第六章 结论48-49
• 致谢49-50
• 参考文献50-55
• 作者简介55
• 攻读硕士学位期间研究成果55

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