固溶和时效对三种Mg-Gd-Y合金组织与性能的影响

发布时间：2017-09-26 12:19

  本文关键词：固溶和时效对三种Mg-Gd-Y合金组织与性能的影响

  更多相关文章： Mg-Gd-Y合金 固溶处理 人工时效 自然时效 沉淀析出相

【摘要】：与传统高性能镁稀土合金(Mg-4Y-3Nd和Mg-5Y-4Nd)相比,Mg-Gd-Y系合金具有更优异的拉伸性能、抗疲劳性能和抗蠕变性能,在航空航天、兵器和交通车辆汽车领域具有非常广阔的应用前景,因而受到国内外研究者的广泛关注。高稀土含量的Mg-Gd-Y合金的成本高,致使该系列合金难以在普通工业上广泛应用。而对于Gd、Y含量相对较低、成本相对低廉,并具有优良力学和物理性能的的镁合金在轻质民用装备更受欢迎。然而,目前国内外对Gd、Y含量相对较低的镁合金材料及其热处理强化机理研究不够深入。因此,研究低稀土含量Mg-Gd-Y合金组织与性能具有重要的科学意义和工程应用价值。本文以Mg-(4,6wt.%)Gd-xY合金为基础,采用金属型铸造方式制备出一系列实验合金,接着在520℃固溶0-24h,175～225℃时效0-200h,制备不同状态的试样。借助于光学金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和力学性能测试等手段分析实验合金的显微组织和相组成,及其在固溶和时效过程中显微组织的演变规律。实验发现,自然放置对挤压后GW102(Mg-10Gd-2 Y-0.5Zn-0.5Zr)(wt.%)的组织与性能以及后续的人工时效处理影响很大。因此,论文还深入对比分析该合金3年自然时效前后的显微组织与拉伸性能的变化及自然时效对后续人工时效的影响。具体结论如下：Mg-4wt.%Gd-xY(x=2,3wt.%)(记为GW4x)、Mg-6wt.%Gd-xY(x=2,4wt.%)(记为GW6x)合金的铸态显微组织均由a(Mg)等轴晶和离异共晶化合物Mg5(Gd,Y)或Mg24(Gd,Y)5组成,Mg-6wt.%Gd-xY(x=2,4wt.%)合金铸态组织还包含非平衡结晶的颗粒化合物Mg(Gd,Y)、 Mg3(Gd,Y)相。合金固溶处理时,随着固溶时间的增加,GW4x合金的硬度先迅速降低,然后达到平衡,基本保持不变；而GW6x合金的硬度先降低后增加再降低。同一合金在175～225℃时效处理时,时效温度温度越低,合金的时效硬化效果越好,但达到峰时效所需时间增加。随着Gd、Y含量的增加,合金中第二相的形状由球状逐渐转变为半连续的网状,第二相含量逐渐增多；合金的硬度明显提高；固溶时合金的硬度变化越显著；合金同一温度下的时效硬化效果越显著。本文选取Mg-6wt.%-2wt.%Y合金进行深入研究,其在520℃固溶处理时,随固溶时间延长,半连续状Mg5(Gd,Y)相尺寸逐渐缩小,直至溶解,a(Mg)晶粒尺寸没有明显长大。合金520℃固溶过程中在晶界上及晶粒内新形成的富稀土相Mg(Gd,Y)2,在固溶过程中阻止α(Mg)等轴晶的长大。GW62合金在175℃时效硬化效果显著,其显微组织演变过程为时效初期(4-32h),a(Mg)析出β”相；快速析出期(32-100h),a(Mg)析出β’相转变,100h时达到峰值时效,沉淀相为p”、β’相；过时效期区(100h),p’相尺寸增大,并转化成β1和向稳定的β相转变。自然时效时间对挤压后GW102合金的显微组织及力学性能有很大的影响。挤压态合金由细小的a(Mg)等轴晶及晶粒上的滑移带组成；挤压后经过3年自然时效,滑移带的数量明显减少,在毗邻晶界处出现了无应变区,且合金中析出了p”相,导致合金硬度比挤压态的硬度增加了4.9%,其抗拉强度比挤压态的强度提高了4.2%,但延伸率有所降低。自然放置3年后,合金再进行时效,达到峰时效所需时间明显缩短,但合金在时效峰值时的抗拉强度略有降低。
【关键词】：Mg-Gd-Y合金 固溶处理 人工时效 自然时效 沉淀析出相
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG166.4;TG146.22
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-23
• 1.1 引言10
• 1.2 稀土镁合金10-14
• 1.2.1 稀土元素的分类10
• 1.2.2 稀土元素的作用10-12
• 1.2.3 稀土元素的冶金物理化学原理12-14
• 1.3 稀土镁合金的强化机制14-16
• 1.3.1 固溶强化14-15
• 1.3.2 析出强化15
• 1.3.3 弥散强化15
• 1.3.4 细晶强化15
• 1.3.5 复合强化15-16
• 1.4 稀土镁合金的热处理16-18
• 1.4.1 稀土镁合金的热处理工艺16-17
• 1.4.2 稀土镁合金的时效析出序列17-18
• 1.5 稀土镁合金的研究现状18-21
• 1.5.1 稀土镁合金的国外研究现状18-20
• 1.5.2 稀土镁合金的国内研究现状20-21
• 1.6 本课题的研究目的及研究内容21-23
• 1.6.1 研究目的21
• 1.6.2 研究内容21-23
• 2 合金制备及研究方法23-28
• 2.1 试验合金的制备23-25
• 2.1.1 合金成分的设计23-24
• 2.1.2 试验用原材料24
• 2.1.3 试验合金的熔炼24-25
• 2.2 合金的热处理25
• 2.3 研究方法25-28
• 2.3.1 金相分析25-26
• 2.3.2 XRD物相分析26
• 2.3.3 扫描电子显微镜分析26
• 2.3.4 透射电子显微镜分析26
• 2.3.5 布氏硬度测试26
• 2.3.6 拉伸性能测试26-27
• 2.3.7 DSC分析27-28
• 3 Mg-4wt.%Gd-xY(x=0,2,3wt.%)合金固溶和时效行为研究28-34
• 3.1 Mg-4Gd-xY合金的铸态微观组织及相组成28-30
• 3.1.1 铸态Mg-4Gd-xY合金的显微组织28-29
• 3.1.2 铸态Mg-4Gd-xY合金的相组成29
• 3.1.3 Y含量对铸态合金硬度的影响29-30
• 3.2 Mg-4Gd-xY合金固溶处理行为研究30-32
• 3.2.1 固溶处理对Mg-4Gd-xY合金硬度的影响30-31
• 3.2.2 固溶处理对Mg-4Gd-xY合金显微组织的影响31-32
• 3.3 Mg-4Gd-xY合金的时效硬化行为研究32-33
• 3.3.1 Y含量对Mg-4Gd合金的时效行为的影响32-33
• 3.3.2 Y含量对Mg-4Gd合金的拉伸性能的影响33
• 3.4 小结33-34
• 4 Mg-6wt.%Gd-xY(x=0,2,4wt.%)合金固溶和时效行为研究34-46
• 4.1 铸态Mg-6Gd-xY合金微观组织及相组成34-36
• 4.1.1 铸态Mg-6Gd-xY合金的显微组织34-35
• 4.1.2 铸态Mg-6Gd-xY合金的相组成35-36
• 4.1.3 Y含量对Mg-6Gd-xY合金硬度的影响36
• 4.2 固溶处理对Mg-6Gd-xY合金硬度的影响36
• 4.3 固溶处理对Mg-6Gd-xY合金显微组织的影响36-39
• 4.3.1 固溶时间对Mg-6Gd-xY合金显微组织的影响36-38
• 4.3.2 合金固溶过程中形成的未知相分析38-39
• 4.4 Mg-6Gd-xY合金的时效硬化行为39-40
• 4.5 Gd含量对Mg-xGd-2Y(x=4,6wt%)合金固溶和时效硬化行为的影响40-42
• 4.5.1 Gd含量对Mg-xGd-2Y(x=4,6wt%)合金铸态显微组织的影响40-41
• 4.5.2 Gd含量对Mg-xGd-2Y(x=4,6wt%)合金固溶处理的影响41
• 4.5.3 Gd含量对Mg-xGd-2Y(x=4,6wt%)合金时效硬化行为的影响41-42
• 4.6 GW62合金时效过程中微观组织分析42-45
• 4.6.1 欠时效阶段析出相分析42-43
• 4.6.2 峰时效阶段析出相分析43-44
• 4.6.3 过时效阶段析出相分析44-45
• 4.7 小结45-46
• 5 Mg-10Gd-2Y-0.5Zn-0.5Zr(wt.%)合金自然时效行为研究46-54
• 5.1 自然时效对GW102合金微观组织的影响46-49
• 5.2 自然时效对GW102合金后续时效处理的影响49-52
• 5.2.1 自然时效对GW102合金时效硬化行为的影响49
• 5.2.2 不同时效状态GW102合金的微观组织分析49-52
• 5.3 自然时效对GW102合金力学性能的影响52
• 5.4 讨论52-53
• 5.5 小结53-54
• 6 结论54-56
• 参考文献56-61
• 攻读硕士学位期间发表的论文61-62
• 致谢62-64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 范才河;陈刚;严红革;陈振华;;稀土在镁及镁合金中的作用[J];材料导报;2005年07期

2 乌志明;马培华;;镁、镁资源与镁质材料概述[J];盐湖研究;2007年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 姚素娟;Mg-Gd-Y（Sc）合金的制备技术和高温性能研究[D];中南大学;2009年

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本文编号：923460