Y和Nd对Mg-Zn-Mn-Sn系变形镁合金组织和性能的影响

发布时间：2017-05-29 10:02

  本文关键词：Y和Nd对Mg-Zn-Mn-Sn系变形镁合金组织和性能的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文以开发新型高性能变形镁合金为研究方向,研究了单独添加Y和Nd对Mg-6Zn-1Mn-4Sn(ZMT614)变形镁合金显微组织和力学性能的影响。主要研究Mg-6Zn-1Mn-4Sn-x Y(ZMT614-x Y,x=0.1、0.5、1.0,wt.%)和Mg-6Zn-1Mn-4Sn-x Nd(ZMT614-x Nd,x=0.5、1.0、1.5,wt.%)合金的组织演变、第二相形貌特征以及室温和高温力学性能。铸态ZMT614合金由粗大连续网状化合物组成,其相组成为α-Mg、Mn、Mg7Zn3和Mg2Sn相。添加Y元素后,合金铸态组织得到细化,形成Mg Sn Y三元相,ZMT614-Y合金铸态组织由不连续的网状化合物组成,相组成为α-Mg、Mn、Mg7Zn3、Mg2Sn和Mg Sn Y相。经过均匀化处理(420℃/12h),Mg7Zn3共晶化合物溶入基体,Mg2Sn和Mg Sn Y相未发生溶解,基体上残留着粗大的树枝状Mg2Sn相和块状Mg Sn Y相。添加Nd元素,细化合金铸态组织,形成Mg Sn Nd三元相,ZMT614-Nd合金的相组成为α-Mg、Mn、Mg7Zn3、Mg2Sn和Mg Sn Nd相。经过均匀化处理(420℃/12h),合金残留着未溶入基体的颗粒状Mg2Sn相和长棒状Mg Sn Nd相。挤压温度对ZMT614-Y和ZMT614-Nd合金挤压态组织和力学性能产生明显影响。在挤压过程中,合金发生了动态再结晶,晶粒细化,再结晶晶粒取向随机分布,均匀化后的残留相被挤碎,形成平行于挤压方向的挤压流线。对于含Y合金,当Y含量低于0.5wt.%,合金的强度和延伸率随着Y含量的增加而增加,当Y含量达到1.0wt.%,合金的强度和延伸率出现降低。对于含Nd合金,随着Nd含量的增加,合金的强度增加,延伸率降低。挤压温度由360℃升高至420℃,织构强度降低,晶粒尺寸增加,合金的力学性能降低。ZMT614-0.5Y合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别由368MPa、276MPa和17.2%降低至335MPa、246MPa和11.4%。ZMT614-1.5Nd合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别由361MPa、273MPa和14.0%降低至330MPa、245MPa和11.4%。ZMT614-Y/Nd合金较优的固溶工艺为440℃/2h。对于360℃挤压的合金,较优的T6处理工艺为(90℃/24h+180℃/8h);对于420℃挤压的合金,较优的T5处理工艺为180℃/12h。在预时效阶段(90℃/24h),合金析出高数量密度的盘状和棒状G.P.区。在T6态(180℃/8h),ZMT614-0.5Y合金析出高数量密度的'1b杆状相和'2b盘状相;ZMT614-1.5Nd合金析出高数量密度的'1b杆状相、'2b盘状相和T型相。T型'2b相是由后析出的'2b盘状相依附在先析出的'1b杆状相上形成的,与基体的位相关系为:'2[0001]b∥[0001]a;'2(2110)b∥(1100)a。T5态(180℃/12h)合金主要析出较粗大的'1b杆状相,数量密度远小于T6态合金的。经过T6(90℃/24h+180℃/8h)处理,合金晶粒显著长大,析出高数量密度的纳米级'1?杆状相,因此合金的强度显著增加,延伸率显著降低,ZMT614-0.5Y合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为376MPa、371MPa和7.73%;ZMT614-1.5Nd合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为391MPa、382MPa和5.50%。经过T5(180℃/12h)处理,合金的晶粒宏观形貌未发生明显变形,析出大量较T6态粗大的'1?杆状相,所以合金的屈服强度明显增加,延伸率略有降低,ZMT614-0.5Y合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为343MPa、302MPa和10.6%;ZMT614-1.5Nd合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为364MPa、339MPa和10.1%。通过热力学计算和实验分析发现,Mg Sn Y和Mg Sn Nd三元相具有以下特点:1)在合金凝固过程中优先形成,消耗稀土元素,抑制其它稀土相的形成;2)优良的热稳定性,在均匀化和固溶过程中不溶入基体;3)晶体结构具有较低的对称性。拉伸温度对ZMT614-Y/Nd合金力学性能和断裂机制产生显著影响。拉伸温度升高,合金的强度明显降低,延伸率明显增加。挤压态和T5态的合金断口主要由韧窝、撕裂棱、第二相颗粒和孔洞缺陷组成,呈现韧性断裂的特征。随着拉伸温度的升高,T6态合金断口呈现不同的特征。当拉伸温度为150℃和200℃时,断口主要由韧窝、撕裂棱和第二相颗粒组成,合金的断裂方式为穿晶断裂;当拉伸温度为250℃时,断口主要由韧窝、撕裂棱、第二相颗粒和少量的解理刻面组成,合金的断裂方式为穿晶断裂和沿晶断裂的混合型断裂;当拉伸温度为300℃时,断口主要由撕裂棱、第二相颗粒和解理面组成,合金的断裂方式主要为沿晶断裂。
【关键词】：Mg-Zn-Mn-Sn-Y合金 Mg-Zn-Mn-Sn-Nd合金 第二相 显微组织 力学性能
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-11
• 1 绪论11-29
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 镁及镁合金概述12-15
• 1.2.1 镁的物理化学性质12-13
• 1.2.2 镁的晶体结构13-14
• 1.2.3 合金元素对镁合金的影响14-15
• 1.3 镁合金的分类15
• 1.4 Mg-Zn系镁合金研究进展15-24
• 1.4.1 Mg-Zn-Zr系合金研究进展17-18
• 1.4.2 Mg-Zn-RE系合金研究进展18-21
• 1.4.3 Mg-Zn-Sn系合金研究进展21-24
• 1.5 耐热镁合金简介24-27
• 1.5.1 耐热镁合金的分类25
• 1.5.2 国内外研究进展25-27
• 1.6 本文的研究目的、意义和内容27-29
• 1.6.1 本文的研究目的和意义27
• 1.6.2 本文的研究内容27-29
• 2 实验材料及研究方法29-37
• 2.1 技术路线29
• 2.2 实验合金的成分设计29-30
• 2.3 实验合金的制备30-31
• 2.3.1 合金的熔炼30-31
• 2.3.2 均匀化处理31
• 2.4 挤压实验31-32
• 2.4.1 360℃挤压31-32
• 2.4.2 420℃挤压32
• 2.5 热处理实验32-33
• 2.5.1 固溶处理32
• 2.5.2 时效处理32-33
• 2.6 力学性能实验33-34
• 2.6.1 室温力学性能实验33
• 2.6.2 高温力学性能实验33-34
• 2.7 硬度测试34
• 2.8 组织分析34-35
• 2.8.1 物相分析(XRD)34-35
• 2.8.2 光学显微镜(OM)观察和扫描电镜分析(SEM)35
• 2.8.3 电子背散射衍射(EBSD)分析35
• 2.8.4 透射电镜(TEM)分析35
• 2.9 本章小结35-37
• 3 Y对Mg-6Zn-1Mn-4Sn合金组织和性能的影响37-77
• 3.1 引言37
• 3.2 Y对Mg-6Zn-1Mn-4Sn合金显微组织的影响37-58
• 3.2.1 铸态37-41
• 3.2.2 均匀化态41-43
• 3.2.3 挤压态43-51
• 3.2.4 固溶态51-56
• 3.2.5 时效态56-58
• 3.3 时效过程中的析出行为58-67
• 3.3.1 T6 态58-66
• 3.3.2 T5 态66-67
• 3.4 Y对Mg-6Zn-1Mn-4Sn合金室温力学性能的影响67-75
• 3.4.1 力学性能67-69
• 3.4.2 强化机制69-71
• 3.4.3 断裂形貌71-75
• 3.5 本章小结75-77
• 4 Nd对Mg-6Zn-1Mn-4Sn合金组织和性能的影响77-105
• 4.1 Nd对Mg-6Zn-1Mn-4Sn合金显微组织的影响77-91
• 4.1.1 铸态77-81
• 4.1.2 均匀化态81-82
• 4.1.3 挤压态82-86
• 4.1.4 固溶态86-91
• 4.2 时效过程中的析出行为91-98
• 4.2.1 T6 态91-97
• 4.2.2 T5 态97-98
• 4.3 Nd对Mg-6Zn-1Mn-4Sn合金力学性能的影响98-103
• 4.3.1 力学性能98-100
• 4.3.2 断裂形貌100-103
• 4.4 本章小结103-105
• 5 稀土相的研究105-115
• 5.1 引言105
• 5.2 热力学分析105-112
• 5.3 TEM分析112-113
• 5.4 本章小结113-115
• 6 Y和Nd对Mg-6Zn-1Mn-4Sn-Y合金高温性能的影响115-141
• 6.1 引言115
• 6.2 Mg-6Zn-1Mn-4Sn-Y合金的高温力学性能115-129
• 6.2.1 挤压态115-116
• 6.2.2 时效态116-120
• 6.2.3 断裂机制120-129
• 6.3 Mg-6Zn-1Mn-4Sn-Nd合金的高温力学性能129-140
• 6.3.1 挤压态129-131
• 6.3.2 时效态131-134
• 6.3.3 断裂机制134-140
• 6.4 本章小结140-141
• 7 本文结论141-145
• 7.1 本文重要结论141-142
• 7.2 本文主要创新点142-145
• 致谢145-147
• 参考文献147-157
• 附录157-158
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录157-158
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录158

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张丁非;彭建;丁培道;潘复生;;镁及镁合金的资源、应用及其发展现状[J];材料导报;2004年04期

2 陈晓强;刘江文;罗承萍;;高强度Mg-Zn系合金的研究现状与发展趋势[J];材料导报;2008年05期

3 陈敬区;刘江文;;Mg-Zn系合金G.P.区和时效强化的研究进展[J];材料导报;2008年S3期

4 张丁非;石国梁;赵霞兵;齐福刚;;Mn元素在Mg-Zn-Mn合金中演变形式和作用的研究[J];材料导报;2011年18期

5 张丁非;齐福刚;赵霞兵;石国梁;戴庆伟;;Mg-Zn系高强度镁合金的研究进展[J];重庆大学学报;2010年11期

6 齐福刚;张丁非;兰伟;徐杏杏;石国梁;赵霞兵;;ZM71-xCe镁合金显微组织和力学性能[J];稀有金属材料与工程;2013年01期

7 王慧敏,陈振华,严红革,刘应科;镁合金的热处理[J];金属热处理;2005年11期

8 黄明丽;李洪晓;杨金艳;任玉平;丁桦;郝士明;;Mg-Zn-Nd合金中的低Nd三元化合物T_1相的研究[J];金属学报;2008年04期

9 王晓亮;李长荣;郭翠萍;杜振民;何维;;Mg-Zn合金时效过程中GP区析出的热力学分析[J];金属学报;2010年05期

10 石章智;张文征;;用相变晶体学指导Mg-Sn-Mn合金优化设计[J];金属学报;2011年01期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 张敏;几种镁合金中沉淀相晶体学的研究[D];清华大学;2007年

2 齐福刚;Sn和Ce对Mg-Zn-Mn高强变形镁合金组织和性能的影响[D];重庆大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 张雷;多元合金形成焓的Miedema理论计算[D];广西大学;2012年

2 吴刘明明;Mg-Zn-Nd体系553K和Mg-Y-Gd体系723K等温截面的研究[D];中南大学;2014年

  本文关键词：Y和Nd对Mg-Zn-Mn-Sn系变形镁合金组织和性能的影响，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：404623