热处理对挤压态Mg-Zn-Y合金组织和性能的影响

发布时间：2017-09-26 03:06

  本文关键词：热处理对挤压态Mg-Zn-Y合金组织和性能的影响

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【摘要】：镁合金作为轻质结构材料在电子通讯、交通运输和航空航天领域具有广阔的应用前景。在众多镁合金研究中,含LPSO相的Mg-Zn-Y合金以其高强韧特性正受到广泛关注,尤其是具有特定原子比(Zn/Y=1:2)的Mg97Zn Y2合金,但在普通铸造条件下,该合金中的合金相呈粗大网状,不利于发挥合金相的强化特点。本研究基于该原子比,优化出了适于铸造的Mg-Zn-Y合金成分,并进行了挤压成型。鉴于Mg-Zn-Y合金的应用背景,模拟航天器深空工作环境,研究了热处理、深冷(液氮)和深冷(液氮)-热(200℃)循环对该挤压态合金的组织和性能的影响规律,基于应力-应变曲线分析和断口观测,揭示了拉伸性能的变化机制,得到如下主要结果:基于Zn/Y=1:2的原子比,适于普通铸造条件的较佳合金体系为:Mg97.75Zn0.75Y1.5,该合金比Mg97Zn Y2合金的抗拉强度和断裂应变分别提高14%与39%。挤压变形后,合金相及其基体组织显著细化,第二相分布形态由连续网状变为细小弥散的颗粒。与铸态相比,挤压后抗拉强度提升两倍,断裂应变由6%提升至30%。对挤压态Mg97.75Zn0.75Y1.5合金在不同温度下保温处理,经过400℃×24h和490℃×4h保温其组织基本稳定,屈服强度小幅提升。温度越高,颗粒粗化时间越短,并转变为大颗粒状甚至长条状。490℃×8h和550℃×1h保温后力学性能大幅度下降,断口形貌由等轴韧窝变为解理面与解理台阶,这是第二相形态改变引起脆性增加所致。拉伸应力-应变曲线分析结果表明,该挤压态合金的屈服阶段显著延长,热处理使可以有效地改善这一现象,同时增加合金在断裂过程中吸收的能量。在长时间深冷(液氮)和深冷-热(200℃)循环处理条件下,挤压态Mg97.75Zn0.75Y1.5合金中合金相尺度和分布具有良好的稳定性,随深冷-热循环和持续深冷处理时间延长,材料的屈服强度逐渐提升,但会降低其塑性。深冷-热循环与持续深冷处理后材料断口的孔洞与微小裂纹增多,同时应变硬化指数下降。
【关键词】：Mg-Zn-Y合金 挤压 热处理 深冷-热循环 应变硬化速率
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22;TG166.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-26
• 1.1 前言11
• 1.2 镁合金强韧化方法11-15
• 1.2.1 合金元素强化11-12
• 1.2.2 细晶强化12-13
• 1.2.3 热处理强化13-14
• 1.2.4 形变强化14-15
• 1.3 高强韧镁合金的研究概况15-16
• 1.3.1 不含稀土元素的镁合金15
• 1.3.2 含稀土元素的镁合金15-16
• 1.4 Mg-Zn-Y系合金的国内外研究进展16-20
• 1.4.1 Mg-Zn-Y系合金的组织与性能17-18
• 1.4.2 Mg-Zn-Y系合金制备方法概况18-20
• 1.5 铸态Mg-Zn-Y合金塑性变形方法研究概况20-21
• 1.5.1 普通挤压成型20
• 1.5.2 等径角挤压(ECAE)20-21
• 1.5.3 切屑固化成型挤压21
• 1.6 镁合金热处理技术研究概况21-24
• 1.6.1 普通的固溶与时效工艺22
• 1.6.2 形变热处理22
• 1.6.3 深冷处理22-24
• 1.7 选题意义和研究内容24-26
• 第二章 实验材料及方法26-34
• 2.1 实验技术路线26-27
• 2.2 实验材料及仪器设备27-28
• 2.2.1 仪器设备27
• 2.2.2 Mg-Zn中间合金的制备27
• 2.2.3 挤压成型27-28
• 2.3 微观组织分析测试方法28-29
• 2.3.1 金相显微组织分析28-29
• 2.3.2 X射线衍射分析29
• 2.3.3 扫描电子显微分析29
• 2.4 性能测试与分析方法29-34
• 2.4.1 显微硬度测试29
• 2.4.2 拉伸力学性能测试29-30
• 2.4.3 拉伸应力-应变曲线分析方法30-34
• 第三章Mg-Zn-Y合金的铸态与挤压态的组织及性能34-48
• 3.1 前言34-35
• 3.2 实验方案与材料制备35-36
• 3.3 合金元素含量对Mg-Zn-Y合金组织和性能的影响36-42
• 3.3.1 合金元素含量对显微组织的影响36-38
• 3.3.2 合金元素含量对拉伸力学性能的影响38
• 3.3.3 断裂机理分析38-42
• 3.4 挤压态Mg-Zn-Y合金的组织与性能42-47
• 3.4.1 挤压过程组织的变化42-45
• 3.4.2 挤压变形对力学性能的影响45-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 退火对挤压态Mg-Zn-Y合金组织和性能的影响48-66
• 4.1 前言48
• 4.2 实验方案48-49
• 4.3 退火对组织与性能的影响49-59
• 4.3.1 维氏显微硬度49-50
• 4.3.2 退火温度为 400℃时的组织与力学性能50-53
• 4.3.3 退火温度为 490℃时的组织与力学性能53-55
• 4.3.4 退火温度为 550℃时的组织与力学性能55-59
• 4.3.5 保温时间对组织和性能的影响规律分析59
• 4.4 断裂机理分析59-64
• 4.4.1 断口观测与分析60-61
• 4.4.2 应力-应变曲线分析61-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第五章 深冷-热循环对挤压态Mg-Zn-Y合金组织和性能的影响66-77
• 5.1 前言66
• 5.2 实验方案66-67
• 5.3 深冷-热循环及深冷对显微组织的影响67-69
• 5.3.1 光学显微组织67-68
• 5.3.2 SEM组织68-69
• 5.3.3 XRD分析69
• 5.4 深冷-热循环及深冷对力学性能的影响69-72
• 5.4.1 显微维氏硬度69-70
• 5.4.2 拉伸力学性能70-72
• 5.5 断裂机理分析72-75
• 5.5.1 断口观测与分析72
• 5.5.2 应力-应变曲线分析72-75
• 5.6 本章小结75-77
• 全文结论77-79
• 参考文献79-85
• 攻读博士/硕士学位期间取得的研究成果85-86
• 致谢86-87
• 附件87

【参考文献】

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本文编号：921090