长周期堆垛有序结构增强Mg-Gd-Cu合金的研究

发布时间：2017-09-25 18:19

  本文关键词：长周期堆垛有序结构增强Mg-Gd-Cu合金的研究

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【摘要】：稀土镁合金因其高强、高韧、耐热等突出特点，已成为商用镁合金的重要组成部分。而长周期有序堆垛结构的发现，不仅能进一步提高稀土镁合金的强韧性和高温性能，而且对于减少稀土用量，降低材料成本有着重要意义。 本文利用常规铸造及后续热处理的方法制备了Mg-Gd-Zn-Cu、Mg-Gd-Cu和Mg-Gd-Cu-Zr合金，使用OM、SEM、EDS、XRD和TEM等手段对各态合金的微观组织进行观察分析，并测试其力学性能。主要研究了Cu对Mg-Gd系稀土镁合金中长周期结构形成的影响，并结合热处理方案探索了合金化元素、冷却速度对长周期结构相形成和转化的影响。主要的研究成果有： 利用Cu部分取代Mg-Gd-Zn合金中的Zn时，Cu的加入可以减少铸态合金中(Mg,Zn)3Gd共晶组织的面积分数，促进Mg72.5Gd15.7Zn11.8长周期相的形成。Cu原子还可部分取代Zn原子的位置形成成分为Mg86.5Gd5.4Cu5.3Zn2.7的长周期相。随Cu含量的增加，块状长周期相的面积分数增大，合金的布氏硬度也逐步提高。对Mg96Gd3Zn0.6Cu0.4合金进行不同固溶处理可获得形貌差异很大的固溶组织，合金中的共晶组织消失并析出大量的细条状长周期结构。较长的保温时间和缓慢的冷却速度均有利于合金晶粒内细条状长周期相的析出。 铸态Mg96Gd3Cu1合金即存在14H型LPSO结构相，且铸态合金中的14H型LPSO结构相具有很好的高温稳定性，在固溶过程中形貌和成分未发生变化。而合金中的Mg5Gd相在固溶处理时发生溶解，并在相应位置析出层片状的成分近似于Mg92Gd6Cu2长周期结构相。T6处理后由于长周期相和时效硬化的复合作用，T6态Mg96Gd3Cu1获得较好的力学性能(UTS=232MPa，=3.4%，Brinell Hardness=108HB)。 加入0.1at.%的Zr即可显著改善Mg-Gd-Cu合金中存在的枝晶组织，继续增加Zr含量，合金晶粒得到细化，，并逐渐趋于等轴晶。当Zr含量为0.5%时，晶粒度最小且趋于球状等轴晶，Zr含量的增加不能进一步细化晶粒。铸态Mg96-xGd3Cu1Zrx(x=0.1，0.3，0.5，0.7)合金由-Mg，Mg5Gd和长周期相组成，Zr的加入并未改变Mg-Gd-Cu合金的相组成。T6处理态的合金中除镁基体外，还有块状Mg12GdCu长周期相，层片状和块状Mg92Gd6Cu2长周期相。T6态Mg95.5Gd3Cu1Zr0.5合金具有优异的综合力学性能(UTS=298MPa，=5.6%，Brinell Hardness=122HB)。
【关键词】：长周期有序堆垛结构 Mg-Gd-Cu合金 热处理 微观组织 力学性能
【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11-23
• 1.1 稀土镁合金11-14
• 1.1.1 稀土镁合金概述11
• 1.1.2 稀土镁合金的强化11-13
• 1.1.3 高性能稀土镁合金的研究进展13-14
• 1.2 长周期有序堆垛结构增强镁合金14-17
• 1.2.1 长周期有序堆垛结构(LPSO)14-15
• 1.2.2 长周期有序堆垛结构的形成与强化机理15-16
• 1.2.3 长周期增强 Mg-RE-Cu 合金的研究进展16-17
• 1.3 选题意义及研究内容17-19
• 1.3.1 选题意义17
• 1.3.2 研究内容17-19
• 参考文献19-23
• 第二章 实验过程与研究方法23-31
• 2.1 实验合金的制备23-28
• 2.1.1 实验技术路线23-24
• 2.1.2 合金的熔炼制备工艺24-28
• 2.2 合金的热处理及轧制工艺28-29
• 2.2.1 合金的热处理工艺28
• 2.2.2 合金的轧制变形工艺28-29
• 2.3 合金的组织观察及力学性能测试29-31
• 2.3.1 合金的显微组织观察及表征29
• 2.3.2 力学性能测试29-31
• 第三章 长周期堆垛有序 Mg-Gd-Zn-Cu 合金31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 Mg-Gd-Zn-Cu 合金显微组织和相的分析31-34
• 3.3 热处理对 Mg-Gd-Zn-Cu 合金的影响34-38
• 3.3.1 不同冷却速度的 Mg-Gd-Zn-Cu 合金显微组织34-36
• 3.3.2 不同固溶时间的 Mg-Gd-Zn-Cu 合金显微组织36-38
• 3.4 Mg-Gd-Zn-Cu 合金力学性能的影响38-39
• 3.4.1 Cu 含量对铸态 Mg-Gd-Zn-Cu 合金布氏硬度的影响38-39
• 3.4.2 Mg_(96)Gd_3Zn_(0.6)Cu_(0.4)合金的力学性能39
• 3.5 结论39-41
• 参考文献41-43
• 第四章 长周期堆垛有序 Mg_(96)Gd_3Cu_1合金43-51
• 4.1 引言43
• 4.2 Mg-Gd-Cu 合金中的相43-47
• 4.2.1 铸态合金中的相43-45
• 4.2.2 热处理态合金中的相45-47
• 4.3 Mg_(96)Gd_3Cu_1合金的力学性能47-48
• 4.4 结论48-49
• 参考文献49-51
• 第五章 Zr 对 Mg-Gd-Cu 合金显微组织和力学性能的影响51-61
• 5.1 引言51
• 5.2 Zr 对 Mg-Gd-Cu 合金显微组织的影响51-56
• 5.2.1 不同 Zr 含量的铸态 Mg_(96)Gd_3Cu_1合金的显微组织51-54
• 5.2.2 热处理态的 Mg_(95.5)Gd_3Cu_1Zr_(0.5)合金54-56
• 5.3 Zr 对 Mg-Gd-Cu 合金力学性能的影响56-58
• 5.4 小结58
• 参考文献58-61
• 第六章 结论与展望61-63
• 6.1 结论61-62
• 6.2 展望62-63
• 致谢63-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文65

【参考文献】

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