AM60镁合金的稀土改性及摩擦磨损行为研究

论文摘要

镁合金因其质量轻、比刚度、比强度高等优点成为使汽车轻量化的最佳材料,并成为了最近的研究热点。本文采用重力铸造的方法制备了添加单一稀土Nd及Nd-Y混合的AM60镁合金,研究了稀土元素对合金铸态及固溶处理后显微组织和室温力学性能的影响,以及最佳添加量下稀土合金和基体合金的高温力学性能,并对合金拉伸断口进行分析,讨论了温度及稀土对合金高温性能的影响。此外,对合金进行了不同试验条件下的摩擦磨损性能试验,探讨了AM60基体合金及稀土合金的摩擦磨损机理。通过研究结果表明:稀土元素有效地细化了AM60合金组织,并在AM60合金中形成了具有较高热稳定性的Al11Nd3、Al2Y稀土化合物,显著地提高了合金的室温及高温力学性能。同时稀土对合金固溶处理后力学性能的提高也起了一定的作用。稀土对合金的摩擦磨损性能也会产生影响,随着稀土含量的增加,合金的耐磨性显著提高,并且添加Nd-Y混合稀土的合金的耐磨性优于添加单一稀土Nd的合金,摩擦系数也较低。此外,稀土的添加可使AM60合金向严重磨损的转变推迟到更高的试验载荷。通过对合金的性能进行综合分析,最后得出在本试验中添加1.5wt.%的Nd和1.5wt.%的Nd-Y混合对合金的力学性能及摩擦磨损性能具有最佳的优化作用。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 镁合金材料的研究现状
• 1.2.1 镁及镁合金
• 1.2.1.1 镁的基本性质
• 1.2.1.2 镁合金的性质
• 1.2.2 镁合金的制备技术
• 1.2.2.1 铸造镁合金
• 1.2.2.2 镁合金的半固态铸造
• 1.2.2.3 镁合金的挤压铸造
• 1.2.2.4 镁合金的快速凝固/粉末冶金技术
• 1.2.2.5 镁合金的喷射沉积技术
• 1.2.3 镁合金的应用
• 1.3 镁合金的研究与开发
• 1.3.1 常用镁合金系及合金元素的作用
• 1.3.2 耐高温镁合金
• 1.3.3 高强度镁合金
• 1.3.4 镁基复合材料
• 1.3.5 特殊性能镁合金
• 1.4 摩擦磨损的基本理论
• 1.4.1 摩擦及摩擦机理
• 1.4.1.1 摩擦的定义及分类
• 1.4.1.2 摩擦理论
• 1.4.1.2.1 早期的摩擦理论
• 1.4.1.2.2 焊和、剪切及犁削理论
• 1.4.1.2.3 摩擦的能量理论
• 1.4.2 磨损及磨损机理
• 1.4.2.1 磨损的分类
• 1.4.2.2 干摩擦状态下的主要磨损理论
• 1.4.2.2.1 粘着磨损理论（Adhesion wear theory）
• 1.4.2.2.2 剥层磨损理论（Delamination wear theory）
• 1.4.2.2.3 磨粒磨损理论（Abrasive wear theory）
• 1.4.2.2.4 氧化磨损理论（Oxidation wear theory）
• 1.4.3 镁合金摩擦磨损的研究进展
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 第二章 试验过程与研究方法
• 2.1 试验用镁合金材料
• 2.2 试验用镁合金材料的制备
• 2.2.1 镁合金的熔炼工艺
• 2.2.2 镁合金的浇注
• 2.3 力学性能测试
• 2.3.1 拉伸性能测试
• 2.3.2 硬度测试
• 2.4 固溶处理
• 2.5 微观组织分析
• 2.6 摩擦磨损
• 2.6.1 试样的制备
• 2.6.2 试验方案及测试分析
• 第三章 Nd 及Nd-Y 混合对AM60 合金铸态与固溶处理后显微组织的影响
• 3.1 引言
• 3.2 Nd 对AM60 镁合金显微组织的影响
• 3.2.1 Nd 对合金铸态组织的影响
• 3.2.2 Nd 对合金平均晶粒尺寸的影响
• 3.2.3 Nd 对合金固溶处理后组织的影响
• 3.3 Nd-Y 混合对AM60 镁合金显微组织的影响
• 3.3.1 Nd-Y 混合对合金铸态组织的影响
• 3.3.2 Nd-Y 混合对合金平均晶粒尺寸的影响
• 3.3.3 Nd-Y 混合对合金固溶处理后组织的影响
• 3.4 分析与讨论
• 3.4.1 铝稀土相形成的热力学分析
• 3.4.2 铝稀土相的形成及其热稳定性
• 3.5 本章小结
• 第四章 Nd 及Nd-Y 混合对AM60 合金铸态与固溶处理后室温力学性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 硬度
• 4.2.1 Nd 对合金铸态与固溶处理后硬度的影响
• 4.2.2 Nd-Y 混合对合金铸态与固溶处理后硬度的影响
• 4.3 室温拉伸性能
• 4.3.1 Nd 对合金铸态与固溶处理后拉伸性能的影响
• 4.3.2 Nd-Y 混合对合金铸态与固溶处理后拉伸性能的影响
• 4.3.3 强化机理分析
• 4.4 室温拉伸断口形貌分析
• 4.4.1 铸态合金断口形貌
• 4.4.2 固溶态合金断口形貌
• 4.5 本章小结
• 第五章 AM60、AM60-1.5RE 合金的高温力学性能与断裂行为
• 5.1 引言
• 5.2 合金高温拉伸试验结果
• 5.3 高温强化机理分析
• 5.3.1 温度对合金拉伸性能的影响
• 5.3.2 稀土对合金拉伸性能的影响
• 5.3.2.1 稀土对合金的强化作用
• 5.3.2.2 合金中第二相的热稳定性
• 5.4 拉伸断口分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 AM60-xRE 镁合金的摩擦磨损特性
• 6.1 引言
• 6.2 试验结果
• 6.2.1 磨损率和磨损系数
• 6.2.1.1 稀土含量对合金磨损率和摩擦系数的影响
• 6.2.1.2 试验载荷对合金磨损率和摩擦系数的影响
• 6.2.1.3 滑动速度对合金磨损率和摩擦系数的影响
• 6.2.1.4 滑动距离对合金磨损率和摩擦系数的影响
• 6.2.2 磨损表面特征
• 6.2.2.1 不同稀土含量的合金磨面形貌
• 6.2.2.2 试验载荷对合金磨面形貌的影响
• 6.2.2.3 滑动速度对合金磨面形貌的影响
• 6.2.2.4 滑动距离对合金磨面形貌的影响
• 6.2.3 磨屑及纵切面特征
• 6.2.3.1 磨屑形貌及XRD 分析
• 6.2.3.2 纵切面特征
• 6.3 分析与讨论
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文及其它成果
• 摘要
• Abstract
• 致谢