高强Mg-Zn-Y-Zr镁合金微观组织与力学性能研究

论文摘要

镁合金作为最轻的金属结构材料,近年来镁合金的研究与应用得到高度重视。但由于镁合金强度低,现一般只能用作次受力件,这严重制约其应用领域。目前可用作结构材料的高强镁合金均通过高稀土合金化来实现,主要是Mg-Gd-Y-Zr系合金,但随之而来的问题是稀土材料昂贵,除了少量军事用途外,民用几无可能。基于此本研究以当前商业上应用较为普遍的Mg-Zn-Zr系合金为基础,通过添加Y元素并调整Y和Zn的含量,进而系统研究不同Y和Zn含量对Mg-Zn-Y-Zr系合金凝固组织的影响,并对不同成分的Mg-Zn-Y-Zr系合金反向挤压变形以及挤压后的热处理进行研究。研究获得以下主要结论：Mg-Zn-Y-Zr系合金凝固组织中相组成并不单独随Y元素或Zn元素含量的变化而发生改变,随着Y/Zn摩尔比的增加,组织中的相由a+W （Mg3Y2Zn3）逐渐转变为α+X（Mg12YZn）。Mg-Zn-Y-Zr系合金中,当Zn含量较低时,Y含量对凝固组织中第二相含量和形貌影响不明显；当Zn含量较高时,Y含量对凝固组织中的第二相含量和形貌影响显著,随Y含量增加第二相由细长的网状转变成宽大片状。Zn含量相同的Mg-Zn-Y-Zr系合金,Y含量越高,挤压后合金的强度越大,并且高Y含量合金与低Y含量合金相比强度差别较大,抗拉强度相差最大达120MPa；Y含量相同的Mg-Zn-Y-Zr系合金,Zn含量越高,挤压后合金的强度越大,但高Zn含量合金与低Zn含量合金相比强度差别不如Y相差的明显,抗拉强度相差最大达20MPa; Zn元素含量对合金性能的影响程度不如Y元素明显。Mg-Zn-Y-Zr系合金经挤压后Mg-5Zn-11Y-0.6Zr合金棒材性能最为优异,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为429MPa、351MPa和2%。Mg-Zn-Y-Zr系合金经T5处理后性能并未发生明显改变。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 Mg-Zn-Y合金组织与性能的研究现状
• 1.2.1 Mg-Zn-Y合金组织及合金相的研究现状
• 1.2.2 Mg-Zn-Y合金的性能研究现状
• 1.3 Mg-Zn-Y-Zr系合金第二相及第二相对性能的影响研究进展
• 3Zn₆Y₁）研究现状'>1.3.1 准晶Ⅰ相（Mg₃Zn₆Y₁）研究现状
• 3Zn₃Y₂）研究现状'>1.3.2 W相（Mg₃Zn₃Y₂）研究现状
• 12ZnY)研究现状'>1.3.3 长周期堆垛有序结构X相(Mg₁₂ZnY)研究现状
• 1.4 本课题研究的目的与意义
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第2章 实验研究工艺与方法
• 2.1 实验工艺流程
• 2.2 合金的熔炼与熔铸制度
• 2.2.1 实验材料及配料的计算
• 2.2.2 合金的熔炼过程
• 2.3 均匀化与挤压制度
• 2.3.1 合金均匀化处理
• 2.3.2 合金挤压工艺
• 2.4 热处理制度
• 2.4.1 T5处理
• 2.4.2 T6处理
• 2.5 组织观察与性能测试
• 2.5.1 硬度测试
• 2.5.2 金相组织观察
• 2.5.3 X射线衍射分析
• 2.5.4 扫描电镜（SEM）形貌观察及能谱分析
• 2.5.5 拉伸力学性能测试
• 第3章 Mg-Zn-Y-Zr系合金凝固组织的研究
• 3.1 Y元素对Mg-Zn-Y-Zr系合金凝固组织和性能的影响
• 3.1.1 Y元素对Mg-3Zn-xY-Zr系合金凝固组织和性能的影响
• 3.1.2 Y元素对Mg-5Zn-xY-Zr系合金凝固组织和性能的影响
• 3.1.3 Y元素对Mg-7Zn-xY-Zr系合金凝固组织和性能的影响
• 3.2 Zn元素对Mg-Zn-Y-Zr系合金凝固组织和性能的影响
• 3.2.1 Zn元素对Mg-xZn-5Y-Zr系合金凝固组织和性能的影响
• 3.2.2 Zn元素对Mg-xZn-8Y-Zr系合金凝固组织和性能的影响
• 3.2.3 Zn元素对Mg-xZn-11Y-Zr系合金凝固组织和性能的影响
• 3.3 Y/Zn摩尔比对Mg-Zn-Y-Zr系合金凝固组织和性能的影响
• 3.3.1 对含W相Mg-Zn-Y-Zr系合金凝固组织的研究
• 3.3.2 对含X相Mg-Zn-Y-Zr系合金凝固组织和性能的研究
• 第4章 Mg-Zn-Y-Zr系合金挤压棒材组织和力学性能的研究
• 4.1 Y对Mg-Zn-Y-Zr系合金挤压态组织的影响
• 4.1.1 Y对Mg-3Zn-xY-Zr系合金挤压态组织的影响
• 4.1.2 Y对Mg-5Zn-xY-Zr系合金挤压态组织的影响
• 4.1.3 Y对Mg-7Zn-xY-Zr系合金挤压态组织的影响
• 4.2 Zn对Mg-Zn-Y-Zr系合金挤压态组织的影响
• 4.2.1 Zn对Mg-xZn-5Y-Zr系合金挤压态组织的影响
• 4.2.2 Zn对Mg-xZn-8Y-Zr系合金挤压态组织的影响
• 4.2.3 Zn对Mg-xZn-11Y-Zr系合金挤压态组织的影响
• 4.3 Y/Zn摩尔比对Mg-Zn-Y-Zr系合金挤压态组织的影响
• 4.3.1 对含W相Mg-Zn-Y-Zr系合金挤压态组织的研究
• 4.3.2 对含X相Mg-Zn-Y-Zr系合金挤压态组织的研究
• 4.4 Mg-Zn-Y-Zr系合金力学性能的研究
• 4.4.1 Y对Mg-Zn-Y-Zr系合金挤压态拉伸性能和断裂行为的研究
• 4.4.2 Zn对Mg-Zn-Y-Zr系合金挤压态拉伸性能和断裂行为的研究
• 4.4.3 X相对Mg-Zn-Y-Zr系合金挤压态拉伸性能和断裂行为的研究
• 4.5 Mg-Zn-Y-Zr系合金铸态和挤压态的密度分析
• 第5章 Mg-Zn-Y-Zr系合金挤压态热处理工艺研究
• 5.1 热处理工艺制定
• 5.2 时效处理制度
• 5.3 Mg-Zn-Y-Zr合金挤压态热处理的力学性能研究
• 5.3.1 热处理对Mg-3Zn-xY-Zr系合金挤压态的力学性能的影响
• 5.3.2 热处理对Mg-5Zn-xY-Zr系合金挤压态的力学性能的影响
• 5.3.3 热处理对Mg-7Zn-xY-Zr系合金挤压态的力学性能的影响
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢