低成本超高强Mg-Al-Ca-Mn合金显微组织及力学性能研究

发布时间：2017-09-26 11:26

  本文关键词：低成本超高强Mg-Al-Ca-Mn合金显微组织及力学性能研究

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【摘要】：目前开发的超高强镁合金均为高稀土含量的稀土镁合金,开发低成本不含稀土的超高强镁合金对促进镁合金的应用有重要意义。本文设计了不同Al和Ca含量的Mg-Al-Ca-Mn合金,对合金进行了熔炼铸造及挤压变形,观察了合金的显微组织、测试了其力学性能,研究了合金成分及铸造挤压工艺对合金显微组织和力学性能的影响规律和机理,制备了低成本超高强Mg-Al-Ca变形镁合金。铸造工艺对Mg-Al-Ca-Mn合金的显微组织和力学性能有显著影响。不同铸造工艺改变初始铸态组织影响挤压变形态合金的组织性能。半连铸铸造工艺的冷却速度显著高于常规永久模铸造,导致水冷铸造合金的晶粒度小于重力铸造合金,合金第二相由(Mg,Al)2Ca向Mg2Ca转变,且枝晶间距变小。挤压变形后,相比永久模铸造合金,半连铸铸造合金再结晶组织更细小,未再结晶区比例增加,合金强度增加。永久模铸造得到的挤压态Mg-3Al-2.7Ca-0.4Mn合金屈服强度为332MPa,而半连铸得到的挤压态合金屈服强度提升为365MPa。Al、Ca含量对Mg-Al-Ca-Mn合金显微组织和力学性能有显著影响。Al和Ca总含量为18wt.%时,合金中第二相的含量大于基体α-Mg,而Al和Ca含量为6wt.%时,合金呈现典型的枝晶结构,主要相为α-Mg,第二相分布在晶界处。随Ca/Al比升高,铸态合金晶粒度下降,第二相含量增多;挤压态合金的再结晶晶粒度减小,未再结晶区比例增加,合金织构增强,导致合金强度显著增加。随Mn含量的增加,Mg-Al-Ca-Mn合金晶粒度细化,强度增加,挤压态Mg-3Al-2.7Ca-0.4Mn合金的屈服强度比挤压态Mg-3Al-2.7Ca合金高40MPa。但是微量Zn添加对合金的显微组织和力学性能无明显影响。挤压变形温度对合金性能有显著影响。随挤压温度降低,合金的再结晶晶粒更细小,再结晶比例降低,合金强度增加。当挤压温度从350o C降到300o C时,Mg-2.7Al-3.5Ca-0.4Mn合金的抗拉强度从421MPa增加到454MPa。
【关键词】：Mg-Al-Ca-Mn合金 成分 铸造工艺 挤压温度 组织性能
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22;TG292;TG379
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-25
• 1.1 课题研究背景及目的和意义8-9
• 1.2 变形镁合金概述9
• 1.3 镁合金的挤压和动态再结晶9-13
• 1.3.1 镁合金挤压9-11
• 1.3.2 镁合金的动态再结晶11-13
• 1.4 镁合金的强化机制13-17
• 1.4.1 细晶强化14-15
• 1.4.2 固溶强化15
• 1.4.3 第二相强化15-16
• 1.4.4 形变强化16-17
• 1.5 Mg-Al-Ca系合金研究现状17-24
• 1.5.1 铸态合金研究现状17-21
• 1.5.2 挤压态合金研究现状21-23
• 1.5.3 国内外研究成果分析23-24
• 1.6 本文主要研究内容24-25
• 第2章 实验材料及研究方法25-33
• 2.1 实验材料25-28
• 2.1.1 Mg-Al-Ca-Mn合金成分设计25-28
• 2.2 实验材料制备28-31
• 2.2.1 合金的熔炼铸造28-30
• 2.2.2 合金的挤压变形30-31
• 2.3 组织分析31-32
• 2.3.1 光学显微组织观察31
• 2.3.2 SEM组织观察31
• 2.3.3 TEM组织观察31
• 2.3.4 XRD织构测试31
• 2.3.5 电子背散射分析（EBSD）31-32
• 2.4 力学性能测试32-33
• 第3章 铸造工艺对Mg-Al-Ca-Mn合金显微组织和力学性能的影响33-40
• 3.1 引言33
• 3.2 铸造工艺对铸态AXM3304合金显微组织的影响33-35
• 3.3 铸造工艺对铸态AXM3304合金力学性能的影响35-36
• 3.4 铸造工艺对挤压态AXM3304合金显微组织的影响36-37
• 3.5 铸造工艺对挤压态AXM3304合金力学性能的影响37-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 Mn微合金化对Mg-Al-Ca合金显微组织和力学性能的影响40-45
• 4.1 引言40
• 4.2 Mn微合金化对铸态Mg-Al-Ca合金显微组织的影响40-41
• 4.3 Mn微合金化对铸态Mg-Al-Ca合金力学性能的影响41-42
• 4.4 Mn微合金化对挤压态Mg-Al-Ca合金显微组织的影响42-43
• 4.5 Mn微合金化对挤压态Mg-Al-Ca合金力学性能的影响43-44
• 4.6 本章小结44-45
• 第5章 Al和Ca对Mg-Al-Ca-Mn合金显微组织和力学性能的影响45-65
• 5.1 引言45
• 5.2 Al和Ca含量不同的铸态Mg-Al-Ca-Mn合金组织性能45-50
• 5.2.1 Al和Ca含量不同的铸态Mg-Al-Ca-Mn合金显微组织45-49
• 5.2.2 Al和Ca含量不同的铸态Mg-Al-Ca-Mn合金力学性能49-50
• 5.3 Al和Ca含量不同的挤压态Mg-Al-Ca-Mn合金组织性能50-60
• 5.3.1 Al和Ca含量不同的挤压态Mg-Al-Ca-Mn合金显微组织50-59
• 5.3.2 Al和Ca含量不同的挤压态Mg-Al-Ca-Mn合金力学性能59-60
• 5.4 挤压温度对Mg-Al-Ca-Mn合金显微组织和力学性能的影响60-64
• 5.4.1 挤压温度对Mg-Al-Ca-Mn合金显微组织的影响60-63
• 5.4.2 挤压温度对Mg-Al-Ca-Mn合金力学性能的影响63-64
• 5.5 本章小结64-65
• 第6章 Zn微合金化对Mg-Al-Ca-Mn合金的显微组织和力学性能的影响65-70
• 6.1 Zn微合金化对铸态Mg-Al-Ca-Mn合金组织性能的影响65-67
• 6.2 Zn微合金化对挤压态Mg-Al-Ca-Mn合金组织性能的影响67-69
• 6.3 本章小结69-70
• 结论70-71
• 参考文献71-77
• 致谢77-78
• 简历78

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1 付世伟;Al、Ca添加对Mg-Al-Ca-Mn合金组织和力学性能的影响[D];重庆大学;2015年

2 张晓东;低成本超高强Mg-Al-Ca-Mn合金显微组织及力学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

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本文编号：923237