Mg-Al-Si-Sr耐热镁合金成分设计与组织性能研究

发布时间：2017-09-22 04:05

  本文关键词：Mg-Al-Si-Sr耐热镁合金成分设计与组织性能研究

  更多相关文章： Mg-Al-Si-Sr合金 Sr微合金化 凝固条件 热处理 微观组织 拉伸性能

【摘要】：镁合金具有密度小、比强度和比刚度高等优点,在航空航天、汽车及电子等行业中具有巨大的应用潜力。近年来,耐热镁合金的开发研究成为镁合金技术领域的研究热点,其中含Si耐热镁合金中AS系列合金具有高温性能优良、流动性高以及成本低等优势,但是其应用局限于冷却速度较快的薄壁压铸件,同时其强度亦有待于进一步提高。本课题以AS31系合金为基础合金,主要开展Sr微合金化、凝固条件优化、合金成分优化以及热处理强化研究,基于组织细化与变质、固溶时效强化理论提高合金性能,开发新型的低成本耐热镁合金。Sr微合金化对AS31镁合金晶粒具有明显的细化效果和对共晶Mg2Si相具有显著的变质效果。在Sr变质工艺中,合金晶粒逐渐细化,汉字状共晶Mg2Si相逐渐转变为棒状及多边形状。Sr添加量为0.5wt.%时,合金细化效果和变质效果最佳,综合拉伸性能最优,其中室温和150℃抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到185.9MPa、112.2MPa、5.7%和135.4MPa、104.6MPa和7-3%,相对于AS3 1合金分别提高了31.2%、39.2%、72.7%和43.7%、65.0%、58.7%。浇铸温度和保温时间对Sr微合金化AS31合金的组织及抗拉性能具有明显影响,浇铸温度为700℃、熔体保温30min时,Sr变质效果最佳,汉字状Mg2Si相转变为棒状及多边形状,浇铸的合金在室温及150℃下的抗拉强度、屈服强度及延伸率分别为177.5MPa、05.5MPa、5.4%和113.2MPa、94.6MPa、6.0%,综合拉伸性能最佳。分析研究了Al、Si成分含量变化对Mg-Al-Si-Sr合金的组织和拉伸性能的影响。随着A1添加量(3wt.%、5wt.%、7wt.%、9wt.%)的增加,合金的晶粒尺寸呈现先增大后减小的趋势,其中7wt.%含量时,合金晶粒最细小。在Mg-3Al-1Si-0.5Sr合金组织中,主要存在小汉字状、棒状及多边形状的Mg2Si相和离散分布于枝晶间的β-Mg17Al12离异共晶相,随着Al含量的不断增加,合金组织中β-Mg17Al12离异共晶相逐渐增多,且逐渐呈半连续分布；同时当Al含量达到5wt.%、7wt.%、9wt.%时,合金组织中出现了层片状Mg17Al12二次析出相。Mg-7Al-1Si-0.5Sr合金拉伸性能最佳,室温及150℃下抗拉强度、屈服强度及延伸率为201.1MPa、160.7MPa、4.8%和164.5MPa、128.0MPa、7.4%。研究了不同Si含量(1wt.%、2wt.%、3wt.%)的Mg-7Al-XSi-0.5Sr合金的组织和拉伸性能,随着Si添加量不断增加到2wt.%和3wt.%,汉字状相基本消失,初生块状Mg2Si相体积增大,出现明显偏聚分布,合金室温拉伸性能和150℃拉伸性能相应显著恶化。研究了固溶、固溶-时效处理对Mg-7Al-1Si-0.5Sr合金组织与拉伸性能的影响。Mg-7Al-1Si-0.5Sr合金经多级固溶处理后,合金中枝晶间半连续分布的β-Mg17Al12离异共晶相及层片状β-Mg17Al12二次析出相基本分解溶于基体,Mg2Si相得到了一定程度的细化,出现球化现象；固溶处理后合金的室温及150℃抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到221.1MPa、152.0MPa、5.7%和179.2MPa、123.5MPa、8.7%,相对于铸态,合金的室温及150℃的抗拉强度提高了9.95%、8.9%,延伸率提高了18.75%、17.6%。时效处理后,晶界上重新析出了层片状的β-Mg17Al12相,合金的室温及150℃抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到235.9MPa、169.0MPa、3.8%和192.5MPa、136.2MPa、6.4%,相对于铸态,合金的室温及150℃的抗拉强度提高了17.3%、17.0%,屈服强度提高了5.2%、6.4%。
【关键词】：Mg-Al-Si-Sr合金 Sr微合金化 凝固条件 热处理 微观组织 拉伸性能
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-28
• 1.1 镁合金的特点及应用13-20
• 1.1.1 镁合金的特点13-15
• 1.1.2 镁合金的分类15
• 1.1.3 镁合金的应用现状15-20
• 1.2 耐热镁合金的研究现状20-22
• 1.2.1 Mg-Zn系耐热镁合金20
• 1.2.2 Mg-Al系耐热镁合金20-21
• 1.2.3 Mg-Zn-Al系耐热镁合金21
• 1.2.4 Mg-RE系耐热镁合金21-22
• 1.3 Mg-Al基耐热镁合金的研究现状22-24
• 1.3.1 Mg-Al-Zn(AZ)系合金22-23
• 1.3.2 Mg-Al-RE(AE)系合金23
• 1.3.3 Mg-Al-Ca(AX)系合金23
• 1.3.4 Mg-Al-Sr(AJ)系合金23-24
• 1.3.5 Mg-Al-Si(AS)系合金24
• 1.4 含Si镁合金的变质与细化研究24-26
• 1.4.1 盐类变质24-25
• 1.4.2 固溶处理25
• 1.4.3 合金化25
• 1.4.5 其它25-26
• 1.5 本论文研究的背景、内容及意义26-28
• 1.5.1 本论文研究的背景及意义26
• 1.5.2 本论文研究的内容26-28
• 第二章 实验装置及实验方法28-34
• 2.1 实验方案与技术路线28-29
• 2.2 合金熔炼29-31
• 2.2.1 实验材料29
• 2.2.2 熔炼设备29-31
• 2.2.3 熔炼工艺31
• 2.2.4 凝固过程模拟31
• 2.2.5 热处理实验31
• 2.3 组织结构表征31-32
• 2.3.1 样品制备31-32
• 2.3.2 金相分析32
• 2.3.3 扫描电镜分析32
• 2.3.4 XRD分析32
• 2.4 性能测试32-34
• 2.4.1 硬度测试32
• 2.4.2 拉伸性能测试32-34
• 第三章 Sr微合金化对AS31镁合金铸态组织及性能的影响34-47
• 3.1 Sr微合金化AS31镁合金铸态组织34-40
• 3.1.1 Sr对AS31合金晶粒尺寸的影响34-35
• 3.1.2 合金第二相分析35-40
• 3.2 Sr细化晶粒及变质Mg_2Si相机理分析40-42
• 3.2.1 细化晶粒机理40-41
• 3.2.2 变质Mg_2Si相机理41-42
• 3.3 Sr微合金化AS31合金拉伸性能42-46
• 3.3.1 Sr微合金化AS31合金室温拉伸性能42-43
• 3.3.2 Sr微合金化AS31合金高温拉伸性能43-45
• 3.3.3 Mg_2Si相形貌对拉伸性能的影响45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 凝固条件对AS31-0.1Sr铸态镁合金的组织及拉伸性能影响47-58
• 4.1 浇铸温度对AS31-0.1Sr合金铸态组织的影响47-52
• 4.1.1 浇铸温度对AS31-0.1Sr合金晶粒尺寸的影响47-48
• 4.1.2 浇铸温度对Sr变质共晶Mg_2Si相的影响48-50
• 4.1.3 浇铸温度对AS31-0.1Sr合金拉伸性能的影响50-52
• 4.2 保温时间对AS31-0.1Sr合金组织和力学性能的影响52-57
• 4.2.1 保温时间对AS31-0.1Sr合金晶粒尺寸的影响52-54
• 4.2.2 保温时间对Sr变质共晶Mg_2Si相的影响54-55
• 4.2.3 保温时间对AS31-0.1Sr合金拉伸性能的影响55-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第五章 Al、Si含量对Mg-7Al-1Si-0.5Sr合金的组织及力学性能影响58-73
• 5.1 Al含量对Mg-xAl-1Si-0.5Sr合金微观组织及力学性能的影响58-69
• 5.1.1 Al含量对Mg-xAl-1Si-0.5Sr合金组织的影响58-62
• 5.1.3 Al含量对Mg-xAl-1Si-0.5Sr合金拉伸性能的影响62-68
• 5.1.4 Mg-xAl-1Si-0.5Sr铸态合金硬度68-69
• 5.2 Si含量对Mg-7Al-xSi-0.5Sr合金组织及拉伸性能的影响69-72
• 5.2.1 Si含量对Mg-7AlxSi-0.5Sr合金组织的影响69-71
• 5.2.2 Si含量对Mg-7Al-xSi-0.5Sr合金拉伸性能的影响71-72
• 5.3 本章小结72-73
• 第六章 Mg-7Al-1Si-0.5Sr的热处理强化73-83
• 6.1 热处理对Mg-7Al-1Si-0.5Sr合金组织的影响73-77
• 6.3 热处理对Mg-7Al-1Si-0.5Sr合金拉伸性能的影响77-81
• 6.3.1 室温拉伸性能77-78
• 6.3.2 150℃拉伸性能78-79
• 6.3.3 合金拉伸断口分析79-81
• 6.4 本章小结81-83
• 第七章 结论83-85
• 参考文献85-91
• 后记91-93
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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本文编号：898652