【摘要】：近幾年來,隨著金屬制品在實際應用中對結構輕量化和節(jié)能減排的需求加劇,鎂合金的發(fā)展越來越重要,因為鎂合金的比強度和比剛度高、阻尼減振性好、具有較好的電磁屏蔽能力,在各類工業(yè)諸如航空航天,載具,3C產(chǎn)品等多個領域內(nèi)都越來越受到重視和應用。但是鎂合金的強度偏低、在高溫下的力學性能較差、塑性較低、不易變形等,此類缺點導致鎂合金的大規(guī)模應用受到限制。為了適應工業(yè)應用,目前的鎂合金產(chǎn)品大多采用變形的方式達到使用目的,因為變形后鎂合金可以消除一些鑄造缺陷,并且由于變形的緣故使其各項力學性能得到提升。因此,開發(fā)新型變形鎂合金并制定有效的生產(chǎn)工藝是目前鎂合金研究的重點。針對上述問題,本論文以Mg-Sn-Zn合金為基礎,使用稀土元素Y作為合金化元素,使用電磁感應熔煉爐在氬氣氛圍下熔煉制備出不同成分的合金,通過X射線熒光光譜儀(XRF)、X射線衍射儀(XRD)、光學顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、投射電鏡(TEM)能量色散X射線譜儀(EDS)、拉伸試驗機等手段研究了Y元素對Mg-Sn-Zn合金的影響,并討論了該類合金通過擠壓、軋制等加工變形工藝后性能提升的可行性和機制。對Mg-Sn-Zn系合金性能提升具有一定指導意義。主要進行了以下研究:設計合金成分并通過熔煉獲得鑄態(tài)合金鑄錠,并討論鑄態(tài)Mg-5Sn-3Zn-xY(x=0,0.2,0.5,0.8,1.0 wt%)合金的顯微組織和力學性能,主要圍繞第二相的作用討論鑄態(tài)合金的性能。鑄態(tài)Mg-Sn-Zn合金組織呈現(xiàn)明顯的枝晶狀,且二次枝晶臂間距較大。當添加進Y元素后枝晶結構明顯弱化,并有向等軸晶轉變的趨勢。隨著Y元素含量的增加,晶粒直徑呈現(xiàn)減小趨勢,但當Y含量超過0.8wt%時晶粒有變大的現(xiàn)象。合金中主要含有Mg_2Sn,MgZn_2等第二相顆粒,添加Y后出現(xiàn)了羽毛狀MgSnY相,其數(shù)量隨著Y含量的增加而增多,尺寸逐漸變大并發(fā)生一定的偏聚。并且在鑄態(tài)合金中,Mg2Sn相和MgZn2相有相互依附生長的趨勢,并形成尺寸較小的顆粒狀第二相,對合金性能提升有較好作用。并且MgSnY相作為硬質相較為彌散的分布在合金基體中,也對合金性能有一定的提升。當Y元素含量為0.5wt%時,鑄態(tài)合金綜合性能較為優(yōu)良,抗拉強度為228MPa,屈服強度為68MPa,延伸率為18%。并且鑄態(tài)Mg-Sn-Zn-Y合金的延伸率都較為優(yōu)異,均可達到14-20%,這是由于合金中存在細小的顆粒狀第二相引起的。對鑄態(tài)合金進行均勻化處理并觀察其組織結構,發(fā)現(xiàn)晶粒呈現(xiàn)等軸晶結構并有所長大,大量顆粒相溶進基體,但在晶界處還殘留有第二相顆粒,并且MgSnY相由于其熔點較高,大部分尚未溶解,分布在基體中。隨后將鑄態(tài)合金錠擠壓成板材,研究了經(jīng)過均勻化擠壓態(tài)Mg-Sn-Zn-Y合金的組織和力學性能,擠壓過后的Mg-Sn-Zn-Y合金發(fā)生較為完全的動態(tài)再結晶,呈現(xiàn)出結構細小均勻的等軸晶結構,而基體中的第二相發(fā)生破碎且第二相數(shù)量隨Y含量增加而變多。在常溫下力學性能相比于鑄態(tài)合金有所增加,但延伸率下降幅度較大。隨著Y元素含量的增加,擠壓態(tài)合金的力學性能依次提升。對擠壓態(tài)的Mg-Sn-Zn-Y合金板材進行不同道次和變形量的軋制處理,研究軋制對擠壓態(tài)合金的組織改變及性能的提升程度。采用交叉軋制的方式,以達到對擠壓態(tài)合金性能提升的目的。軋制后的合金晶粒相比于擠壓態(tài)明顯減小,并沿軋制方向拉長,出現(xiàn)了大量孿晶,隨著軋制道次增加再結晶發(fā)生更加完全。合金中的第二相受到擠壓破碎,呈現(xiàn)流線型分布,而交叉軋制并沒有明顯改變第二相的分布流線,這種流線主要由擠壓過程決定。軋制合金的抗拉強度比擠壓態(tài)合金高而延伸率下降,隨著軋制道次增加抗拉強度提高而延伸率下降。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.22
【圖文】：

圖 1.1 Mg-Sn 二元合金相圖Fig. 1.1 The binary phase diagram of Mg-Sn system究目的具有優(yōu)良的比強度、比剛度和減震性能,具有良好的阻尼減振性，降以屏蔽電磁輻射，利于回收利用，被認為是 21 世紀高新產(chǎn)業(yè)中最有屬材料，是一種理想的結構材料。鎂合金成型加工大多通過壓力鑄造壓鑄不利于生產(chǎn)一些厚大及復雜鑄件，并且設備的成本高,其次鎂合金易產(chǎn)生強烈的基面織構，存在力學性能各向異性[7][5]。合常規(guī)鎂合金絕對強度低，室溫力學性能差的研究現(xiàn)狀，擬對 Mg-金，進而研究開發(fā)成本低、高強高韌鎂合金。Mg-Sn-Zn 系合金具有抗好，價格低廉，綜合力學性能優(yōu)良等特點。Sn 可降低非基面滑移的夠在合金中形成均勻細小的 Mg2Sn 相；Zn 的加入可以細化 Mg2SnMg2Sn 數(shù)量，提高合金的強度；Y 在鎂中的固溶度較大，能夠形成彌進一步提高合金的強度。本課題主要研究包括：通過合金化工藝改

重慶大學碩士學位論文2.6.7 力學性能測試本次試驗中力學性能測試采用拉伸測試的方法，通過斷口形貌，延伸率，強度以及屈服強度等信息對該種合金的力學性能進行定性及定量分析，拉伸按照 GB/T228-2002 標準加工為標準樣，拉伸試樣的形狀和尺寸設計(單位，如圖 2.2（a）、（b）所示，采用線切割制成；在三思 CMT-5305 微機控制電子實驗機上進行實驗。在拉伸測試前對試樣進行打磨，用砂紙將試樣打磨至一定度，以消除試樣的表面缺陷，避免缺陷帶來的影響。試樣的應力應變曲線、延和抗拉強度數(shù)據(jù)由斷裂前后的報告直接得到。鑄態(tài)試樣拉伸速率為 1mm/min擠壓/熱軋態(tài)試樣拉伸速率為 2mm/min。不同狀態(tài)下的合金各取 4 個拉伸試樣拉伸試驗，結果取其平均值。

圖 3.1 鑄態(tài) Mg-5Sn-3Zn-xY 合金的 XRD 圖譜Fig. 3.1 XRD pattern of as-cast Mg-5Sn-3Zn-xY alloys(a)Mg-5Sn-3Zn (b)Mg-5Sn-3Zn-0.2Y(c)Mg-5Sn-3Zn-0.5Y (d)Mg-5Sn-3Zn-0.8Y (e)Mg-5Sn-3Zn-1.0Y圖 3.2 為 Mg-5Sn-3Zn-xY 鑄態(tài)合金的金相組織，由圖可知，未添加稀土 Y g-5Sn-3Zn 合金的顯微組織不均勻，可以觀察到大量的枝晶，枝晶間距大約5μm。加入 Y 元素后合金顯微組織發(fā)生明顯變化。隨著 Y 含量的增加，鑄態(tài)枝漸變細，枝晶間距減小，當 Y 含量達到并超過 0.8%時，晶粒尺寸逐漸粗化。，Y 的添加有使合金組織從枝晶向等軸晶轉化的趨勢�？梢钥闯� Y 作為表面元素，可以降低液態(tài)金屬的表面能，降低形核功，從而促進更多的 -Mg 晶核。在合金凝固過程中，Y 會在固-液界面處富集，造成界面處的成分富集而引分過冷，促進大量形核。根據(jù)生長限制因子（GRF）機制，GRF 越高，對晶粒的作用越明顯[63]。Y 會提高液態(tài)合金的 GRF 從而限制晶粒的長大。Mg2Sn gSnY 相的析出可作為鎂基體的形核質點。而且在晶界處生成的 Mg2Sn 和 MgSn

【參考文獻】

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本文編號：2776264