析出強化Mg-Gd系合金由于其優(yōu)異的力學性能和熱穩(wěn)定性在航空航天和3C等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。然而,純Gd的高價格導致Mg-Gd系合金的應用受到限制。對于Mg-Gd二元合金而言,當Gd含量小于10 wt.%時,合金中柱面析出相的數(shù)量密度較低,且分布不均勻,從而導致合金的析出強化效果較差。因此,本文在Mg-10Gd-0.6Ca-0.5Zr（wt.%）合金的基礎上分別添加0.5 wt.%和1 wt.%的Zn來提高合金的力學性能,利用掃描電子顯微技術(shù)（SEM）、透射電子顯微技術(shù)（TEM）、掃描透射電子顯微技術(shù)（STEM）和X射線能譜分析（EDS）等方法研究了Zn的添加對合金微觀結(jié)構(gòu)的影響,探討了合金微觀結(jié)構(gòu)和力學性能之間的聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn),添加Zn可以提高Mg-10Gd-0.6Ca-0.5Zr合金的淬火態(tài)硬度和時效硬化效果。添加1 wt.%Zn合金的淬火態(tài)硬度提高了9 HV,淬火態(tài)硬度的提高主要歸咎于添加Zn后未溶Mg₅Gd顆粒數(shù)量的增多、Zn₂Zr₃相的形成以及添加Zn的晶粒細化效果。添加Zn后,200℃時效Mg-10Gd-0.6... 

【文章來源】：重慶大學重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鎂的密排六方晶胞Fig.1.1Thehexagonalcrystalstructureofmagnesium.

重慶大學碩士學位論文1引言8在Mg中的固溶度與平衡固溶度間的差值將為析出相的形核提供驅(qū)動力，形成大量析出相，從而強化合金。然而，當Mg-Gd合金中Gd的含量低于10wt.%時，析出強化效果很差[32,33]，所以一般情況下，Mg-Gd合金中Gd的含量都在10-20wt.%之間[33,34]。P.Vostry等人[32]研究發(fā)現(xiàn)，Mg-15wt.%Gd從20到500℃等時退火時，α-Mg過飽和固溶體（S.S.S.S.）的分解只有三個過程：S.S.S.S.(cph)→β""(D019)→β"(cbco)→β(fcc)。然而，近年來，越來越多的研究者在Mg-Gd-Y[35]、Mg-Gd-Nd[36]、Mg-Dy-Nd[36]和Mg-Y-Nd[36,37]合金中觀察到四個析出過程：S.S.S.S.(cph)→β""(D019)→β"(cbco)→β1(fcc)→β(fcc)。為了弄清楚Mg-Gd二元合金的時效析出過程，研究人員利用透射電子顯微鏡和HAADF-STEM技術(shù)對Gd含量大于10wt.%的Mg-Gd二元合金進行了研究[38,39]，確定其析出過程形成β""、β"、β1、β四種析出相[39]。圖1.5[39]為Mg-15Gd-0.5Zr（wt.%）合金在250℃等溫時效的時效硬化曲線以及析出相在曲線上的分布。從時效硬化曲線可以看出，時效8小時后，合金的硬度達到峰值（104VHN），相較于淬火態(tài)而言，合金的硬度顯著增加，表現(xiàn)出了優(yōu)異的時效硬化效果。β""相僅在時效的早期階段形成，其晶體結(jié)構(gòu)類型為D019，晶格常數(shù)a=0.641nm，c=0.521nm，與α-Mg基體的取向關(guān)系為[0001]β""//[0001]α，{2110}β""//{2110}α。最初的報道認為，β""為片狀析出相，且慣習面幾乎平行于{2110}α。但這與近年來研究者們在HAADF-STEM圖像（圖1.6[39]）中觀察到形貌不一致[38]。圖1.4Mg-Gd二元合金相圖[31]Fig.1.4BinaryphasediagramofMg-Gdalloy[31].

重慶大學碩士學位論文1引言9圖1.5Mg-15Gd-0.5Zr合金250℃時效硬化曲線以及析出相沿曲線的分布[39]Fig.1.5HardnesscurvesofMg-10Gd-0.5Zralloysduringisothermalageingat200℃andthedistributionofprecipitatesalongthecurve[39].β"相呈透鏡狀，慣習面為{2110}α[38]，其晶體結(jié)構(gòu)類型為cbco，晶格常數(shù)a=0.650nm，b=2.272nm，c=0.521nm，與基體的取向關(guān)系為(100)β"//(1210)α，[001]β"//[0001]α。通過對原子分辨率的HAADF-STEM圖像分析發(fā)現(xiàn)，β"的原子結(jié)構(gòu)為：Gd原子在單胞中呈鋸齒形排列，如圖1.7a[1]所示。根據(jù)圖1.7b和c[1]的單胞模型可推斷出β"相的成分為Mg7Gd。β1的晶體結(jié)構(gòu)為fcc[39]，與WE54合金中β1相的晶體結(jié)構(gòu)相同[37]�；瘜W成分為Mg3Gd，晶格常數(shù)a=0.73nm，空間群為Fm3m，與基體的取向關(guān)系為(112)β1//(1010)α，[110]β1//[0001]α，慣習面平行于{1010}α。平衡相β的晶體結(jié)構(gòu)為fcc（空間群F43m，a=2.2nm），化學成分為Mg5Gd，與基體的取向關(guān)系為(110)β//(0001)α，[111]β//[2110]α，慣習面平行于{1010}α[39]。圖1.6200℃時效5hMg-5at.%Gd合金沿[0001]α方向的HADDF-STEM圖像[39]Fig1.6[0001]αHAADF-STEMimageshowingdistributionandmorphologyofprecipitatesinaMg-5at.%Gdalloyagedat200℃for5h[39].

【參考文獻】：
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