發(fā)布時(shí)間：2020-06-16 01:10

【摘要】：鎂作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料之一,以比強(qiáng)度高、比剛度高等優(yōu)點(diǎn)在汽車制造和航空航天等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和巨大的應(yīng)用潛力。鎂合金被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”,鎂合金應(yīng)用于輕量化與節(jié)能減排等領(lǐng)域,具有極大的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。然而,鎂合金較低的絕對(duì)強(qiáng)度極大地限制了其廣泛應(yīng)用。因此,開發(fā)高強(qiáng)度鎂合金對(duì)于推廣鎂合金及其產(chǎn)品的應(yīng)用具有重大理論指導(dǎo)價(jià)值和工程意義。Mg-Gd系鎂合金是最具有潛力的高強(qiáng)度鎂合金開發(fā)體系之一。學(xué)者們針對(duì)高強(qiáng)度Mg-Gd系鎂合金開發(fā)進(jìn)行了大量的工作,研究?jī)?nèi)容涉及時(shí)效行為、再結(jié)晶組織等多個(gè)方面,但所做工作缺乏系統(tǒng)性,且工藝和強(qiáng)度仍無法同時(shí)滿足工業(yè)化需求。本論文同樣選擇Mg-Gd系合金作為研究對(duì)象,力圖在前人工作的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)性地從合金元素、擠壓工藝、熱處理工藝綜合調(diào)控Mg-Gd系合金組織和性能。本論文共七章,第一章講述鎂合金的部分性能及研究現(xiàn)狀,第二章為本論文工作的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法。第三到第六章為本論文主要研究?jī)?nèi)容,其中第三章研究微合金化元素Zn、Zr、Mn對(duì)鑄造Mg-Gd(-Zn)合金組織和性能的影響;第四章研究Zr和Mn對(duì)變形Mg-Gd-Zn合金組織和性能的影響,兩章共同以確定高強(qiáng)度鎂合金成分組成。第五章研究擠壓溫度對(duì)合金組織和性能的影響,以確定最合適的高強(qiáng)度合金組織;第六章展示擠壓后熱處理(即應(yīng)變時(shí)效)影響。結(jié)合成分、擠壓工藝和應(yīng)變時(shí)效,綜合開發(fā)出超高強(qiáng)度鎂合金。第七章為主要結(jié)論和創(chuàng)新點(diǎn)本論文從成分、工藝和組織三個(gè)方面著手,研究了鎂合金中復(fù)合析出相、微合金化調(diào)控再結(jié)晶行為、復(fù)合晶粒組織、新型應(yīng)變時(shí)效方式的強(qiáng)化效果與機(jī)理。在此基礎(chǔ)上,充分發(fā)揮細(xì)晶強(qiáng)化、織構(gòu)強(qiáng)化、LPSO結(jié)構(gòu)強(qiáng)化、析出強(qiáng)化和加工硬化作用,開發(fā)出了超高強(qiáng)度(拉伸屈服強(qiáng)度500 MPa,抗拉強(qiáng)度550 MPa)變形鎂合金。并對(duì)復(fù)合析出強(qiáng)化、雙峰組織強(qiáng)化和應(yīng)變時(shí)效強(qiáng)化等強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行了深入研究,為開發(fā)高強(qiáng)度鎂合金開提供了理論和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。本論文主要內(nèi)容和結(jié)果如下:1.系統(tǒng)研究了添加Zn元素對(duì)鑄造Mg-15Gd-0.4Zr(wt.%)合金的晶粒尺寸、析出相種類、時(shí)效行為和力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明,Mg-Gd-Zr合金中添加Zn會(huì)降低Gd在Mg中的共晶溫度與平衡固溶度,造成共晶相難以溶解,殘余共晶相會(huì)抑制固溶過程中晶粒長(zhǎng)大。更重要的是,Mg-Gd-Zr合金中添加Zn會(huì)引入基面γ′相。位相關(guān)系互相垂直的基面γ′相和棱柱面β′相比單獨(dú)的β′相能產(chǎn)生更顯著的析出強(qiáng)化效果,可以有效強(qiáng)化晶體內(nèi)部。復(fù)合析出強(qiáng)化效應(yīng)使鑄造Mg-Gd-Zn-Zr合金表現(xiàn)出了優(yōu)異的力學(xué)性能:抗拉強(qiáng)度為403 MPa,拉伸屈服強(qiáng)度為288 MPa,延伸率為2.9%。2.系統(tǒng)研究了Zr和Mn元素對(duì)鑄造Mg-15Gd-1Zn(wt.%)合金中相組成的影響。研究結(jié)果表明:Zr會(huì)通過形成Zn-Zr相消耗了部分Zn原子,從而抑制了晶界上具有LPSO結(jié)構(gòu)的X相與晶內(nèi)LPSO結(jié)構(gòu)的形成;相反地,添加Mn會(huì)促進(jìn)晶界上X相與晶內(nèi)LPSO結(jié)構(gòu)的形成,同時(shí),將硬脆的(Mg,Zn)3Gd相轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性的X相可以提高合金的延伸率與抗拉強(qiáng)度。3.系統(tǒng)研究了Zr、Y和Mn元素對(duì)變形Mg-Gd-Zn系合金再結(jié)晶行為的影響。研究結(jié)果表明:在Mg-Gd-Zn系合金中添加Zr可以通過引入Zn-Zr顆粒與Mg(Zn,Zr)顆粒釘扎晶界從而抑制熱擠壓中的再結(jié)晶晶粒的長(zhǎng)大。在Mg-Gd-Zn系合金中分別添加Y和Mn可以通過促進(jìn)晶內(nèi)LPSO結(jié)構(gòu)的形成來抑制合金再結(jié)晶,并促進(jìn)不完全再結(jié)晶的雙峰組織的形成。4.系統(tǒng)研究了差溫?cái)D壓相較于等溫?cái)D壓對(duì)Mg-15Gd-1Zn-0.4Zr(wt.%)合金顯微組織和室溫力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明:變形后,差溫?cái)D壓比等溫?cái)D壓可提供更快的冷卻速度,從而形成較細(xì)小的再結(jié)晶晶粒。差溫?cái)D壓前更高的預(yù)熱溫度減少了合金在預(yù)熱過程的析出,這為擠壓后時(shí)效提供了更強(qiáng)的析出強(qiáng)化效果。兩者的綜合效果使差溫?cái)D壓合金具有比等溫?cái)D壓合金更高的強(qiáng)度和塑性。5.系統(tǒng)研究了雙峰組織和等軸晶組織對(duì)合金強(qiáng)度和屈服不對(duì)稱性等力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明:雙峰組織可以顯著提升合金的拉伸強(qiáng)度,強(qiáng)化原因在于未再結(jié)晶晶粒的織構(gòu)強(qiáng)化與再結(jié)晶晶粒的細(xì)晶強(qiáng)化作用。同時(shí),當(dāng)應(yīng)變量較小時(shí),雙峰組織中細(xì)小再結(jié)晶晶粒抑制孿生,從而降低合金的屈服不對(duì)稱性。雙峰組織樣品表現(xiàn)出很高的拉伸屈服強(qiáng)度(465 MPa),抗拉強(qiáng)度(524 MPa)和極低的屈服不對(duì)稱性(0.99)。相反,等軸晶組織不利于拉伸性能的提升和屈服不對(duì)稱性的降低,但卻能顯著提升抗壓強(qiáng)度,其原因是其織構(gòu)類型利于拉伸中拉伸孿晶形成而不利于壓縮時(shí)拉伸孿晶的形成。時(shí)效后,等軸晶組織的樣品表現(xiàn)出較高的壓縮屈服強(qiáng)度(500 MPa)、抗壓強(qiáng)度(520 MPa)和較高的屈服不對(duì)稱性(1.39)。6.系統(tǒng)研究了應(yīng)變時(shí)效對(duì)Mg-13Gd-1Y-1Zn-0.4Zr/Mn(wt.%)合金析出行為以及力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明:相對(duì)常規(guī)時(shí)效而言,應(yīng)變時(shí)效可使樣品獲得更強(qiáng)的時(shí)效強(qiáng)化效果。此外,應(yīng)變時(shí)效方式對(duì)析出強(qiáng)化能力也有顯著影響。相較僅冷軋制的應(yīng)變時(shí)效,采用冷軋制復(fù)合預(yù)拉伸的應(yīng)變時(shí)效產(chǎn)生了更強(qiáng)的加工硬化效果,顯著增加合金的屈服強(qiáng)度。最終,開發(fā)出了具有超高室溫拉伸屈服強(qiáng)度(543MPa)和抗拉強(qiáng)度(564 MPa)的變形Mg-13Gd-1Y-1Zn-0.4Mn(wt.%)合金。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.22
【圖文】：

圖 1-1 汽車上鎂合金部件ure 1-1 Some automotive components made of Mg 域，鎂合金應(yīng)用在飛機(jī)、飛船和衛(wèi)星等重器的機(jī)動(dòng)性能。同時(shí)，良好的減震能力使導(dǎo)率使在太空環(huán)境中應(yīng)用的電子設(shè)備能避

制備薄壁件和形狀復(fù)雜的零件，對(duì) 3C 產(chǎn)品向著高度集成化、輕薄化和微型向發(fā)展十分有利。Microsoft 公司最新發(fā)布的 Surface Pro 4 平板電腦使用了一體化機(jī)殼[25]。著名相機(jī)制造商 Nikon 和 Cannon 使用了鎂合金制造高端機(jī)身，例如 Nikon 最新的高端機(jī)型 Nikon D5[26]（圖 1-2）。

本文編號(hào)：2715285