Mg-8Sn基合金多元合金化及其强化机制研究

发布时间：2017-09-13 20:27

  本文关键词：Mg-8Sn基合金多元合金化及其强化机制研究

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【摘要】：镁合金具有密度低，高比强度、高比刚度等一系列优点，因而被用于汽车、航空、电子、军事和民用及其他工业领域。但镁合金强度、高温蠕变等力学性能差仍是限制其应用的瓶颈。最近研发的Mg-Sn系合金具有微米增强高熔点（770℃）Mg2Sn相，从而使其热稳定性、力学性能高于传统的Mg-Al-Zn（AZ）和Mg-Zn-Zr（ZK）系列镁合金。当在Mg-Sn系合金中加入廉价的Zn、Al和Cu之后，不仅对调控合金的时效析出组织有较为显著的作用，通过调控Zn/Al质量百分比比，还会形成一种纳米准晶相（Mg-Zn-Al，I-phase），对镁合金产生很好的强化效果。 本文采用常规铸造方法制备出Mg-8Sn-1Zn-xA（lx=1,2,3wt.%）合金、Mg-8Sn-1Zn-1Al-xCu（x=0,1,1.5,2.0wt.%）合金和Mg-8Sn-xZn-2Al（x=4,5,6wt.%）合金，利用金相分析（OM）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能量色散谱仪（EDS）和投射电镜（TEM）对合金的显微组织和相组成进行了分析；利用硬度测试仪和电子材料试验机测试了合金的力学性能。研究结果表明： （1）Mg-8Sn-1Al-1Zn（TZA811）合金主要由α-Mg和半连续网状的Mg2Sn相组成，凝固范围为92°C，二次枝晶间距为35.1μm。合金表现出明显的压痕尺寸效应（indentation size effect，ISE）。当合金中的Al含量增加为2wt.%和3wt.%时，镁基体中形成了孤岛状新相Mgx(ZnAl)1-x相；再者，随着Al含量的增加，Mg2Sn相的形貌逐渐从半连续网状向弥散分布的颗粒状转变，合金的二次枝晶间距也先减少到24.5μm（TAZ821）后略又增加到29.4μm（TAZ831），合金的显微硬度也逐渐增大。 （2）当在Mg-8Sn-1Zn-1Al-xCu（x=0,1,1.5，2.0wt.%）合金中添加Cu后，合金中形成了两种沿晶界分布的新相AlMgCu相和Cu3Sn相，随着Cu含量的增多，合金的二次枝晶间距逐渐由35.1μm减少到24.3μm。拉伸试验结果表明，Cu含量为1.0wt.%和1.5wt.%时，合金的屈服强度和韧性优于不含Cu的合金，含量为1.5wt.%的合金表现出最好的综合机械性能，这主要是由于合金中第二相和晶界强化的作用。而Mg-8Sn-1Zn-1Al-2Cu合金抗拉强度和伸长率的降低主要是因为连续的AlMgCu相的出现以及Mg2Sn相粗大化的结果。 （3）TZA862合金中出现了Mg-Zn-Al准晶相，通过TEM和EDS测试结果确定该准晶相为正二十面体的Mg42Zn45Al13准晶相，其形貌为微孔块状，并且与Mg2Sn相相邻，一起沿晶界分布。硬度和拉伸试验结果分析得出，合金的显微硬度、抗拉强度和伸长率均随着Zn含量的增加而增加，这主要是因为Zn含量的增加，，合金晶粒细化和显微组织改善的效果。准晶增强TZA862合金在三种合金（TZA842、TZA852和TZA862）中表现出最佳的综合力学性能。
【关键词】：Mg-Sn合金 显微组织 机械性能 准晶相 强化机制
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 引言11
• 1.2 镁及镁合金11-15
• 1.2.1 纯镁11-13
• 1.2.2 镁合金13-14
• 1.2.3 镁合金的应用14-15
• 1.3 镁的合金化15-17
• 1.4 镁合金的强化机制17-19
• 1.5 准晶相19-20
• 1.6 合金成分设计20-22
• 参考文献22-27
• 第二章 试验方法及过程27-35
• 2.1 实验技术路线27-28
• 2.2 合金的熔炼及浇铸工艺28-31
• 2.2.1 实验原料和熔炼设备28
• 2.2.2 熔炼前的准备28-30
• 2.2.3 熔炼工艺过程30-31
• 2.3 合金的显微组织观察31-32
• 2.3.1 光学显微组织观察（OM）31-32
• 2.3.2 XRD 物像分析和热差分析（DSC）32
• 2.3.3 扫描电镜分析（SEM）32
• 2.3.4 投射电镜分析（TEM）32
• 2.4 力学性能测试32-35
• 2.4.1 硬度测试32-33
• 2.4.2 拉伸性能测试33-35
• 第三章 Mg-8Sn-xAl-1Zn 合金组织及硬度压痕行为的研究35-47
• 3.1 引言35-36
• 3.2 本章实验内容36
• 3.3 结果与讨论36-43
• 3.3.1 显微组织和分析模拟结果36-41
• 3.3.2 显微硬度和 ISE 效应41-43
• 3.4 小结43-44
• 参考文献44-47
• 第四章 Mg-8Sn-1Al-1Zn-xCu 的组织和机械性能的研究47-57
• 4.1 引言47
• 4.2 本章实验内容47
• 4.3 结果与讨论47-54
• 4.3.1 显微组织和相组成47-51
• 4.3.2 合金的硬度51-52
• 4.3.3 合金的拉伸性能52-53
• 4.3.4 合金的断裂行为53-54
• 4.4 小结54-55
• 参考文献55-57
• 第五章 准晶相强化 Mg-8Sn-xZn-2Al 合金的机制研究57-65
• 5.1 引言57
• 5.2 显微组织57-60
• 5.2.1 金相图片（OM）57-58
• 5.2.2 XRD58-59
• 5.2.3 投射电镜（TEM）59-60
• 5.3 机械性能60-62
• 5.3.1 显微硬度（Hv）60-61
• 5.3.2 拉伸试验测试61-62
• 5.4 小结62-63
• 参考文献63-65
• 第六章 结论与展望65-69
• 6.1 结论65-66
• 6.2 展望66-69
• 致谢69-71
• 攻读硕士期间成果71

【参考文献】

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本文编号：845716