Mg-Zn-RE-Zr阻尼镁合金研究

发布时间：2017-10-06 22:26

  本文关键词：Mg-Zn-RE-Zr阻尼镁合金研究

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【摘要】：随着现代工业的高速发展,振动和噪声的危害日益凸显。镁合金具有优异的阻尼减振性能和一定的力学性能,开发出兼具高强度和高阻尼性能的镁合金作为结构材料对于关键结构部件的轻量化、高强度化和提高其阻尼减振性能具有重大意义。本课题采用复合稀土强化的方法,设计出Mg-Zn-Y-Nd-Zr系列镁合金,系统研究了复合稀土Y和Nd对该系镁合金的组织结构、室温力学性能和阻尼性能的影响规律。并在此基础上研究了Mg-Zn-Y-Nd-Zr合金的热处理和热挤压成形工艺,揭示了热处理态和挤压态下Mg-Zn-Y-Nd-Zr合金的组织演变、强化机制和阻尼机制。本研究制备了Mg-Zn-Y-Zr和Mg-Zn-Y-Nd-Zr两种系列镁合金,并对两者的微观组织、力学性能和阻尼性能进行了对比分析。结果表明当Zn/Y质量比为2时,Mg-Zn-Y-Zr合金中会形成I-Mg3YZn6准晶相和W-Mg3Y2Zn3相。复合稀土Y和Nd的添加会使Mg-Zn-Y-Zr合金的第二相组成由W相+I相转变成W相,并析出更多的第二相。W相是Mg-Zn-Zr系合金的重要强化相,其含量对合金的力学性能有较大影响:当W相含量为3.4%时,Mg-Zn-Y-Nd-Zr合金具有最佳力学能,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别提高至198MPa、118Mpa和18.3%;当含量超过3.4%,Mg-Zn-Y-Nd-Zr合金的晶界出现大量粗化的连续网状W相,材料的强度和韧性急剧下降。对Mg-2%Zn-0.5%Y-0.5%Nd-0.6%Zr(ZWE2)、Mg-3%Zn-0.75%Y-0.75%Nd-0.6%Zr(ZWE3)和Mg-4%Zn-1%Y-1%Nd-0.6%Zr(ZWE4)合金分别进行固溶和时效热处理,得到了其最佳固溶热处理工艺:525℃×4h,525℃×8h,525℃×12h。研究表明固溶处理可使添加的合金元素固溶到基体内部,相比铸态,ZWE3和ZWE4合金的抗拉强度和延伸率得到大幅度提升。在固溶态合金内部析出长杆状ZnZr相。时效处理后Mg-Zn-Y-Nd-Zr合金中的相组成以大量弥散析出的纳米级β1、β2和Mg12Nd相组成。时效态ZWE4的抗拉强度、屈服强度和延伸率最高,可达256MPa、148MPa和13.4%。时效态合金的延伸率形变机制为滑移和孪生混合机制,属于高延伸率镁合金。固溶态Mg-Zn-Y-Nd-Zr合金中位错缠结和ZnZr相析出,阻尼性能急剧下降。时效态ZWE3和ZWE4合金存在着板条状的孪晶结构,阻尼值都大于其相应固溶态的阻尼。孪晶阻尼是镁合金中新的阻尼机制。最后,对ZWE2合金进行了挤压成形研究。经过热挤压后合金发生动态再结晶,再结晶晶粒尺寸相对铸态急剧减小,由101μm变化到6μm以下。在挤压比为9时,挤压温度对合金组织影响不大,由于发生部分动态再结晶,加工硬化作用作用明显,挤压态后合金的屈服强度和抗拉强度最高,但再结晶不完全导致延伸率明显恶化。合金在挤压比为16和25以上进行挤压后,合金内部发生完全动态再结晶,结晶晶粒长大,合金的屈服强度和抗拉强度有所下降,延伸率有所增长。挤压态ZWE2合金的最佳挤压工艺为挤压温度300℃+挤压比9,其抗拉强度、屈服强度和延伸率最高可达336MPa、288MPa和10.8%。所有挤压态合金断裂机制都属于塑性断裂。
【关键词】：Mg-Zn-RE-Zr合金 力学性能 阻尼 热处理 挤压成形
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 研究的目的和意义10
• 1.2 稀土镁合金研究现状10-15
• 1.3 镁合金阻尼研究现状15-18
• 1.4 主要研究内容18-19
• 2 Mg-Zn-RE-Zr阻尼合金的制备19-38
• 2.1 实验方法和手段19-21
• 2.2 合金制备及性能分析21-37
• 2.3 本章小结37-38
• 3 Mg-Zn-RE-Zr系阻尼合金的热处理研究38-54
• 3.1 Mg-Zn-RE-Zr合金的固溶热处理38-44
• 3.2 Mg-Zn-RE-Zr合金的时效热处理44-53
• 3.3 本章小结53-54
• 4 Mg-Zn-RE-Zr系阻尼合金的热挤压成形研究54-65
• 4.1 不同挤压工艺对Mg-Zn-RE-Zr合金组织的影响54-60
• 4.2 不同挤压工艺对Mg-Zn-RE-Zr合金性能的影响60-63
• 4.3 本章小结63-65
• 5 主要结论与展望65-67
• 5.1 结论65-66
• 5.2 后期研究展望66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文71

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本文编号：985372