Sr对ZA104显微组织和力学性能的影响

发布时间：2017-10-05 03:09

  本文关键词：Sr对ZA104显微组织和力学性能的影响

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【摘要】：随着科技的日益进步，工程结构材料在商业中起到越来越重要的作用，大部分工程结构材料是金属，而镁合金时其中质量最轻的一种因其具有比重轻、比刚度和比强度高、液态成型性能优越、易于回收利用等优点广泛应用于汽车、航空航天和电子等领域目前在这些领域中应用的镁合金大都属于Mg-Al、Mg-Mn系合金，如AM60和AZ91等，但是这类合金一般只能在常温下服役，当温度超过120℃后，合金的强度和抗蠕变性能就会大幅度下降。 ZA系合金（Mg-Zn-Al）成本低，铸造和耐热性能优良，可以有效的在高温环境下服役，有着很好的应用前景引起了国内外学者的高度重视，并开展了大量的研究[1-4]。已有研究结果表明[5]，当Zn含量在8%－12%（质量分数，下同），Al含量在4%左右时，合金具有良好的常温与高温性能，但其韧性较差，伸长率低。通过在镁合金中加入高含量的来提高其综合性能，成为当前新型高强度镁合金研究的重点方向。目前主要通过微合金化和热处理来提高ZA系镁合金的综合力学性能。研究表明，通过添加微量Sr可形成高熔点的硬质相，以此来改善ZA系镁合金中相的数量，分布以及形态，可以有效提高ZA系镁合金的综合力学性能。本文在此基础上，以ZA104(Mg-10Zn-4Al-0.3Mn)为基体合金，单独加入碱土元素Sr，系统研究了Sr对合金显微组织和力学性能的影响。 本文通过光学显微镜（OM），扫描电镜（SEM），X射线衍射仪（XRD），DSC差热分析仪和电子万能实验机等实验手段，研究了Sr对ZA104镁合金中析出相形态的影响，并分析、探讨Sr改善镁合金微观组织和力学性能的机理；同时研究了不同的Zn/Al比对高锌镁合金微观组织和力学性能的影响。研究结果表明： (1)不同Zn/Al比的ZA系合金铸态组织成份均为-Mg基体相与Q-Mg32(Al,Zn)49第二相，凝固过程中析出的第二相沿-Mg晶界呈断续网状或不规则块状分布，且随着Zn含量增加，中间相的数量也随之增多。当Zn/Al比为2.0时，ZA84合金的显微组织较为细小，晶界相连成断续网状，凝固析出的第二相以不规则网状和孤岛状分布在晶界上。当Zn/Al比为2.5时，ZA104合金显微变的粗大，沿晶界分布的第二相也变的连续与密集起来。当Zn/Al比达到3.0时，ZA124合金显微组织与ZA104合金的显微组织相当，没有特别明显的变化，只是有些许增粗的趋势。当加入Sr后，在XRD图谱中，有新的衍射峰出现，说明有新相-Mg32（Al，Zn）49相与-Mg51Zn20相产生，结合EDS能谱分析，Sr加入到镁合金后，Mg-10Zn-4Al-0.3Mn基体合金中的准晶相Q一部分转变为平衡相相（与Q相成分相似，均为Mg32（Al，Zn）49，但含有少量Sr），一部分转变为ε相（Mg51Zn20）。一定量Sr的加入对Mg-10Zn-4Al-0.3Mn合金的显微组织有明显影响。基体合金的铸态组织由-Mg基体和沿晶界呈不连续网状和块状分布的第二相组成，，铸态组织较为粗大。加入Sr后，合金的显微组织发生了显著变化，沿晶界分布的第二相相对增多，加入0.3%Sr时，合金组织中-Mg晶粒尺寸较基体合金明显细小，以断续网状分布的第二相网格变小，发生断裂细化，或断裂成孤岛状的强化相。 (2)随着Zn/Al比的增加，布氏硬度呈逐步上升的趋势。当Zn含量为12%时，布氏硬度达到最大值，为72.6HB。随着Zn含量的增加，合金的抗拉强度b和断后延伸率都呈下降的趋势，分别由172MPa、7.0%下降到160MPa、5.5%，下降幅度分别为6.9%和2.1%，而合金的屈服强度0.2则呈逐步递增的趋势，在Zn含量为12%达到最大值，为143MPa。随着Sr含量的增加，合金的屈服强度0.2、抗拉轻度b和断后延伸率都呈先上升后下降的趋势。即当Sr含量为0.3%时，三项指标达到最大值，特别是抗拉强度，相比基体合金，增长了19.6%，达到了最大值195Mpa，而随着Sr含量的增加，三者都呈下降趋势，当Sr含量达到0.9%时，三者又回到与基体合金的相当的水平。合金的力学性能与合金晶粒的大小密切相关，Sr含量为0.3%时，合金晶粒尺寸最小，而此时合金的力学性能也达到最佳。 (3)从不同Zn/Al比条件下合金的常温拉伸断口形貌图可以得知，ZA84，ZA104，ZA124这3种实验合金的断裂机理相似，均为解理断裂，属于脆性断裂。ZA104基体合金断裂模式为解理断裂，属于脆性断裂的范畴。含0.3%Sr的ZA104合金的断裂模式为沿晶断裂与解理断裂的混合。0.6%Sr、0.9%Sr的ZA104合金的断裂模式与基体合金相似，均为解理断裂。 (4) Sr含量对合金平均晶粒尺寸的影响较大，不含Sr的ZA104基体合金晶粒粗大，平均晶粒直径达到63μm。当Sr含量为0.3%时，-Mg晶粒尺寸降至约37μm，降幅约为42%。当Sr含量增至0.6%和0.9%时，平均晶粒直径恢复到与基体合金差不多的水平。 (5) ZA系合金中分布在晶界上的第二相具有较高的硬度和脆性[12]，加入0.3%Sr后，准晶相Q转变为相与相，从而降低了准晶对合金性能的影响，且由于Sr的细化能力，合金晶粒细化，沿合金晶粒晶界分布的第二相的体积分数相对增多，合金的形变能力因此增强，位错滑移和晶界滑移也变的较易进行，第二相也随之细化，以断续网状分布的第二相网格变小甚至断裂成孤岛状，其分布更加均匀，能有效形成位错缠绕而强化合金。
【关键词】：
【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3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 镁的历史与发展12-13
• 1.2 镁及镁合金13-20
• 1.2.1 金属镁的冶炼13-15
• 1.2.2 金属镁的基本特征15-16
• 1.2.3 镁合金的优点16-17
• 1.2.4 镁合金的工业应用以及最新研究进展17-20
• 1.3 镁合金强化方法20-21
• 1.3.1 细晶强化20-21
• 1.3.2 固溶强化21
• 1.3.3 第二相强化21
• 1.4 论文的选题和研究内容21-24
• 1.4.1 论文的选题21-22
• 1.4.2 研究内容22-24
• 第二章 实验材料及研究方法24-31
• 2.1 技术路线24-25
• 2.2 实验合金的成分确定25-26
• 2.3 实验合金的制备26-29
• 2.3.1 原材料准备26
• 2.3.2 合金的熔炼与浇注26-29
• 2.4 微观形貌观察及分析29-30
• 2.4.1 光学显微组织分析29
• 2.4.2 XRD 物像分析29-30
• 2.4.3 扫描电镜分析30
• 2.5 力学性能测试30-31
• 第三章 不同 Zn/Al 比对 Mg-Zn-Al 系合金显微组织和力学性能的影响31-43
• 3.1 前言31-32
• 3.2 实验合金的显微组织分析32-36
• 3.2.1 实验合金 XRD 衍射分析32-33
• 3.2.2 实验合金显微组织分析33-36
• 3.3 实验合金的力学性能分析36-39
• 3.3.1 不同 Zn/Al 比条件下合金的布氏硬度36-37
• 3.3.2 不同 Zn/Al 比条件下合金的常温拉伸结果分析37-38
• 3.3.3 不同 Zn/Al 比条件下合金的常温拉伸断口分析38-39
• 3.4 实验合金的 DSC 差热分析39-41
• 3.5 小结41-43
• 第四章 对 Mg-10Zn-4Al-0.3Mn 合金显微组织和力学性能的影响43-55
• 4.1 前言43
• 4.2 实验合金的显微组织分析43-49
• 4.2.1 实验合金的 XRD 衍射分析43-45
• 4.2.2 实验合金显微组织分析45-49
• 4.3 实验合金的力学性能分析49-53
• 4.4 小结53-55
• 第五章 结论55-57
• 参考文献57-63
• 致谢63-65
• 攻读学位期间发表的学术论文目录65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：974405