本文關鍵詞：稀土Nd、Y對Mg-6Zn-1Mn鎂合金微合金化效應的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鎂合金具有質(zhì)輕、高的比強度、良好的導熱導電性、阻尼減振、電磁屏蔽等等優(yōu)異性能,在交通、電子通訊、航空航天等領域展現(xiàn)了廣闊的應用前景,已成為21世紀綠色環(huán)保工程材料之一。然而,當前鎂合金材料的室溫強度相對較低,耐蝕性能較差,嚴重限制了其作為結構材料的廣泛應用。因此,發(fā)展高強高韌并兼有良好耐蝕性的鎂合金材料,就成為當前結構材料前沿領域的熱門課題,具有重要現(xiàn)實意義。本文基于課題組新近開發(fā)的高強Mg-6Zn-1Mn鎂合金(ZM61),系統(tǒng)研究了稀土Nd、Y對ZM61的微合金化效應;并借助銅模鑄造快速凝固技術,研究了不同冷卻速率對ZM61合金結果和性能影響。利用光學顯微鏡(OM)、X射線衍射分析儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)配置能譜分析儀(EDS)、透射電子顯微鏡(TEM)、示差掃描量熱儀(DSC)、萬能材料試驗機、電化學工作站等實驗手段,系統(tǒng)研究了不同稀土Nd、Y對ZM61系鎂合金的微觀結構、熱穩(wěn)定性、力學性能、腐蝕性能等的影響。主要獲得了如下結果:(1)少量稀土Nd(低于0.4%)對鑄態(tài)ZM61合金具有明顯的細晶作用,隨著Nd含量繼續(xù)增加,在晶界上析出粗大第二相顆粒而導致合金的綜合力學性能降低。研究還發(fā)現(xiàn),Nd對擠壓態(tài)ZM61合金的織構影響較小,其顯著影響合金動態(tài)再結晶率。當Nd含量較低時,合金經(jīng)擠壓時動態(tài)再結晶率較低,主要生成彌散細小的第二相;隨著Nd的增加,合金發(fā)生完全的動態(tài)再結晶,由于在合金晶界上析出粗大的T相,而導致合金綜合力學性能下降。(2)當稀土Nd含量較低時,固溶處理后ZM61-Nd合金晶粒尺寸明顯減小,大部分第二相已溶入鎂基體中。在隨后時效過程中能夠析出大量細小彌散的第二相,起到彌散強化的作用,合金展示了較好的力學性能;隨著Nd含量的增加,殘留基體中的稀土三元相T相隨之增加,進而在后續(xù)時效處理時,合金析出的第二相會減少,而導致ZM61-Nd系固溶單級時效態(tài)鎂合金強度降低。透射電子顯微鏡結果證實了ZM61-Nd系合金在時效過程中的強化相Mg Zn2以β'1桿狀相和β'2盤狀相兩種形式存在。其中β'1桿狀相與基體的位向關系為:[112?0]Mg""[0001]Mg Zn2,(0002)Mg""(112?0)Mg Zn2;盤狀β'2(Mg Zn2)相與基體的位向關系為:[112?0]Mg""[101?0]Mg Zn2,(0002)Mg""(0002)Mg Zn2。而通過添加Nd,可加速ZM61系合金中盤狀β'2(Mg Zn2)相的析出,且隨著時效時間的延長,合金中部分桿狀β'1(Mg Zn2)相會向盤狀β'2(Mg Zn2)相發(fā)生轉變。(3)研究發(fā)現(xiàn),在ZM61-Y系鑄態(tài)合金中,隨著Y含量的變化,合金主要物相演變規(guī)律為:α-Mg+Mg7Zn3→α-Mg+I→α-Mg+W→α-Mg+X,這主要歸因于Zn/Y原子比的不同造成的。其中,I相主要偏聚于枝晶,W相多以魚骨狀的形式存在,X相多以片層狀形式存在。(4)當Y含量低于2%時,擠壓可使晶界和晶粒內(nèi)部析出細小彌散的第二相,提高合金強度的同時,也具有較好的室溫延展性,其斷口上韌窩尺寸也較大。隨著Y的增加,第二相顆粒變大,主要存在于晶界,熱擠壓過程中晶粒不易被擠碎、細化,弱化了析出相與基體的界面能,最終使得擠壓態(tài)合金綜合力學性能降低。同時,少量稀土Y(低于2%)摻雜ZM61系合金經(jīng)固溶人工時效后,綜合性能獲得提高。這歸因于在固溶過程中,合金中的大部分第二相顆粒溶入鎂基體,在隨后的人工時效過程中,晶界和晶內(nèi)析出細小彌散的第二相顆粒,從而起到彌散強化作用。隨著Y的增加,固溶過程中溶入鎂基體的第二相顆粒少,固溶時效強化效果降低,而且晶粒尺寸大幅度長大,整體導致合金綜合性能下降。(5)確立了Mg-6Zn-1Mn-2Y合金經(jīng)515℃/2h+90℃/24h+180℃/24h固溶雙級時效處理可獲得較好的綜合力學性能,其屈服強度高達340MPa,對應的時效硬化曲線呈現(xiàn)“欠時效-峰時效-過時效”特征,在時效過程中可長時間處于高硬度的狀態(tài),具備強的時效硬化能力,這為發(fā)展高強ZM61-Y合金系提供了可借鑒的技術路線。(6)快速凝固技術使得ZM61鎂合金的微觀組織更加均勻,析出相更加細小,合金強度可達460MPa,約為傳統(tǒng)鑄造鎂合金的2倍。這主要歸因于Mg Zn2析出相相對于α-Mg基體,具有較高的楊氏模量,使得合金強化效應明顯。此外,通過動電位極化實驗發(fā)現(xiàn),快速凝固ZM61鎂合金具有更低的腐蝕電流密度、更高的點蝕電位和更寬的鈍化區(qū)間,其腐蝕速率僅為11.2μm/year,展現(xiàn)了優(yōu)異的耐蝕性能。
【關鍵詞】：鎂合金 稀土 微觀組織 強化機制 冷卻速率
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.22
【目錄】：

• 摘要3-5
• 英文摘要5-12
• 1 緒論12-34
• 1.1 引言12-13
• 1.2 鎂合金研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 鑄造鎂合金研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 變形鎂合金研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 鎂合金的強韌化16-23
• 1.3.1 鎂合金的強化及其機理16-18
• 1.3.2 合金元素強化18-20
• 1.3.3 鎂合金固溶強化20-21
• 1.3.4 鎂合金時效強化21-22
• 1.3.5 變形強化22-23
• 1.4 稀土在鎂合金中的研究現(xiàn)狀23-28
• 1.4.1 稀土元素在鎂合金中的作用23-25
• 1.4.2 稀土為微量添加元素的鎂合金25-27
• 1.4.3 稀土為主元合金的鎂合金27-28
• 1.5 Mg-Zn系鎂合金的研究現(xiàn)狀28-30
• 1.6 本課題研究目的和意義30-31
• 1.7 本文的主要研究內(nèi)容31-34
• 2 稀土Nd對Mg-6Zn-1Mn系合金微觀組織和性能的影響34-48
• 2.1 引言34
• 2.2 實驗材料及研究方法34-38
• 2.2.1 試驗合金的成分設計及制備34-35
• 2.2.2 差熱分析35
• 2.2.3 物相分析35-36
• 2.2.4 熱擠壓試驗36
• 2.2.5 力學性能測試36-37
• 2.2.6 合金顯微組織分析37
• 2.2.7 電子背散射衍射(EBSD)分析37-38
• 2.3 Nd含量對Mg-6Zn-1Mn鎂合金顯微組織的影響38-43
• 2.3.1 鑄態(tài)組織38-41
• 2.3.2 擠壓態(tài)組織41-43
• 2.4 稀土Nd對擠壓態(tài)Mg-6Zn-1Mn鎂合金織構的影響43-45
• 2.5 Nd對擠壓態(tài)Mg-6Zn-1Mn鎂合金力學性能的影響45-47
• 2.6 本章小結47-48
• 3 固溶時效對Mg-6Zn-1Mn-xNd系合金組織和性能的影響48-74
• 3.1 引言48-49
• 3.2 實驗材料及研究方法49-52
• 3.2.1 試驗材料49
• 3.2.2 固溶時效試驗49-51
• 3.2.3 力學性能測試51
• 3.2.4 合金硬度測試51
• 3.2.5 物相分析51-52
• 3.2.6 合金顯微組織觀察52
• 3.3 Mg-6Zn-1Mn-xNd合金固溶時效態(tài)顯微組織52-61
• 3.3.1 固溶態(tài)組織52-55
• 3.3.2 合金固溶單級時效態(tài)組織55-58
• 3.3.3 合金固溶雙級時效態(tài)組織58-61
• 3.4 Mg-6Zn-1Mn-xNd合金固溶時效態(tài)力學性能61-64
• 3.4.1 固溶單級時效態(tài)的力學性能61-63
• 3.4.2 固溶雙級時效態(tài)的力學性能63-64
• 3.5 Mg-6Zn-1Mn-xNd合金時效硬化曲線64-67
• 3.5.1 Nd含量對Mg-6Zn-1Mn合金時效硬化曲線的影響64-65
• 3.5.2 溫度對Mg-6Zn-1Mn-0.2Nd合金時效硬化曲線的影響65-67
• 3.6 Mg-6Zn-1Mn-0.2Nd合金 180℃時效組織演變67-72
• 3.6.1 時效析出相特征分析67-69
• 3.6.2 合金 180℃時效的顯微組織演變69-72
• 3.7 本章小結72-74
• 4 稀土Y對Mg-6Zn-1Mn系合金微觀組織和性能的影響74-92
• 4.1 引言74-75
• 4.2 實驗材料及研究方法75-78
• 4.2.1 試驗合金的成分設計及制備75
• 4.2.2 試驗合金密度測試75-76
• 4.2.3 熱擠壓試驗76-77
• 4.2.4 力學性能測試77
• 4.2.5 差熱分析77
• 4.2.6 微觀組織及物相分析77-78
• 4.3 Y微合金化對Mg-6Zn-1Mn合金顯微組織和性能的影響78-89
• 4.3.1 添加Y對合金鑄態(tài)組織的影響78-82
• 4.3.2 均勻化合金微觀組織82-85
• 4.3.3 Y對Mg-6Zn-1Mn-Y合金擠壓態(tài)微觀組織和性能的影響85-89
• 4.4 本章小結89-92
• 5 固溶時效對Mg-6Zn-1Mn-xY系合金組織和性能的影響92-106
• 5.1 引言92
• 5.2 實驗材料及研究方法92-93
• 5.2.1 試驗合金的成分設計及制備92
• 5.2.2 熱擠壓試驗92
• 5.2.3 固溶時效試驗92-93
• 5.2.4 力學性能測試93
• 5.2.5 微觀組織及物相分析93
• 5.3 Y對Mg-6Zn-1Mn合金固溶時效態(tài)微觀組織和性能的影響93-96
• 5.4 Y對Mg-6Zn-1Mn合金直接時效態(tài)微觀組織和性能的影響96-98
• 5.5 Mg-6Zn-1Mn-2Y合金固溶時效工藝優(yōu)化98-103
• 5.5.1 Mg-6Zn-1Mn-2Y合金固溶時效顯微組織分析99-102
• 5.5.2 Mg-6Zn-1Mn-2Y合金固溶時效力學性能分析102
• 5.5.3 Mg-6Zn-1Mn-2Y合金 180℃時效硬化曲線102-103
• 5.6 本章小結103-106
• 6 凝固速率對Mg-6Zn-1Mn系合金微結構及性能的影響106-120
• 6.1 引言106
• 6.2 實驗過程106-109
• 6.3 實驗結果與討論109-118
• 6.3.1 凝固速率對ZM61 合金微觀結構和熱性能的影響109-111
• 6.3.2 凝固速率對ZM61 合金室溫力學性能的影響111-112
• 6.3.3 凝固速率對ZM61 合金腐蝕性能的影響112-114
• 6.3.4 微量稀土Nd對ZM61 快速凝固鎂合金微結構及性能的影響114-118
• 6.4 本章小結118-120
• 7 本文結論120-124
• 7.1 主要結論120-121
• 7.2 創(chuàng)新點121-124
• 致謝124-126
• 參考文獻126-138
• 附錄138-139
• A. 作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文目錄138-139
• B. 作者在攻讀學位期間取得的科研成果目錄139

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳敬區(qū);劉江文;;Mg-Zn系合金G.P.區(qū)和時效強化的研究進展[J];材料導報;2008年S3期

2 陳先華;劉娟;張志華;潘復生;;鎂合金熱處理的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];材料導報;2011年23期

3 李愛文;劉江文;伍翠蘭;羅承萍;焦東玲;朱紅梅;;鑄造Mg-3Zn-0.5Cu-0.6Zr鎂合金的時效析出行為研究[J];材料科學與工藝;2010年06期

4 張丁非;趙霞兵;石國梁;齊福剛;;Zn含量及熱處理對Mg-Zn-Mn變形鎂合金顯微組織和力學性能的影響[J];稀有金屬材料與工程;2011年03期

5 劉正,王越,王中光,李鋒,申志勇;鎂基輕質(zhì)材料的研究與應用[J];材料研究學報;2000年05期

6 許春香;王星;張金山;張照光;;稀土元素Nd、Yb對Mg-Zn-Zr合金組織與性能的影響(英文)[J];稀有金屬材料與工程;2014年08期

7 馮沖;李明照;侯陽;王海燕;李曉艷;范劉群;;元素Ca對鑄態(tài)AZ91鎂合金耐蝕性的影響(英文)[J];稀有金屬材料與工程;2015年01期

8 曾榮昌,柯偉,徐永波,韓恩厚,朱自勇;Mg合金的最新發(fā)展及應用前景[J];金屬學報;2001年07期

9 李蕭;劉江文;羅承萍;;鑄造ZC62鎂合金的時效行為[J];金屬學報;2006年07期

10 韓國民;韓志強;霍亮;段軍鵬;朱訓明;柳百成;;考慮固溶及時效處理的鎂合金鑄件微觀組織模擬及力學性能預測[J];金屬學報;2012年03期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 石國梁;Mg-Zn-Mn系變形鎂合金強化機理研究[D];重慶大學;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 胡斌;AZ80變形鎂合金組織與性能的研究[D];重慶大學;2006年

  本文關鍵詞：稀土Nd、Y對Mg-6Zn-1Mn鎂合金微合金化效應的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：381641