【摘要】：鎂合金是目前已應(yīng)用的最輕質(zhì)的金屬結(jié)構(gòu)材料,在航空航天、軌道交通、電子通訊等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景,目前鎂合金高端結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)尚未突破,低成本的鎂合金材料強度較低,一般僅用于非承載結(jié)構(gòu)件,近年來航空航天、國防軍工、軌道交通以及汽車領(lǐng)域高速發(fā)展,而降低能耗和物耗,綠色發(fā)展成為世界范圍內(nèi)的主題,因此對于強度和輕量化要求不斷提高,亟待開發(fā)超(高)強鎂合金。鎂合金具有較高的Hall-Petch系數(shù),細化晶粒是顯著提高鎂合金強度最為有效的方法之一,然而,在溫度超過393K時,鎂合金的流變應(yīng)力會隨溫度升高而大幅度降低,而且超細晶組織往往會加劇其高溫強度的降低。因此,耐熱性能差成為限制超細晶高強鎂合金廣泛應(yīng)用的主要問題之一。本研究提出通過機械合金化與粉末體塑性變形致密技術(shù),向AZ61鎂合金引入超細Ti質(zhì)點,制備出AZ61Mg-Ti復(fù)合材料,以期實現(xiàn)細晶強化、彌散強化、固溶強化的共同強化作用。而且,超細Ti顆粒的引入,可以抑制鎂合金高溫下的晶粒長大與晶界滑移,能夠確保材料具有很好的高強耐熱的特性。研究了機械球磨制備超細Ti彌散強化納米晶AZ61鎂合金粉末工藝,闡明了機械球磨參數(shù)對復(fù)合粉末鎂基體晶粒的細化、Ti顆粒的破碎及彌散化的影響規(guī)律,確定了機械球磨制備超細Ti彌散強化納米晶AZ61鎂合金粉末的最佳工藝,機械球磨后鎂基體平均晶粒尺寸為46nm,彌散分布的Ti相平均顆粒尺寸為274nm,Mg_(17)Al_(12)相完全分解,材料硬度為147HV。基于相同球磨工藝下AZ61鎂合金粉末組織形貌的演變規(guī)律,闡明了Ti顆粒對Mg_(17)Al_(12)相分解、復(fù)合粉末形貌、鎂基體晶粒細化以及粉末硬度演變的作用機理。通過納米晶AZ61-10at.%Ti復(fù)合粉末以及AZ61鎂合金粉末在573~723K溫度下等溫退火處理實驗,揭示了含Ti納米晶鎂合金退火處理過程中的組織演變規(guī)律,退火處理過程中固溶于鎂基體中Ti和Al元素以Ti_3Al相的形式的析出,其顆粒尺寸約為10nm,同時部分Al元素固溶于彌散分布的Ti相或者與其發(fā)生反應(yīng)生成Ti_3Al相;建立了納米晶鎂基體晶粒長大動力學(xué)方程,鎂晶粒長大規(guī)律符合動力學(xué)方程:D~n-D_0~n=kt,納米晶AZ61-10at.%Ti復(fù)合材料晶粒長大指數(shù)n和激活能Q分別為8和134kJ/mol高于納米AZ61鎂合金的6和118kJ/mol;闡述了退火處理后材料硬度演變規(guī)律,在723K等溫退火600min后,AZ61-10at.%Ti復(fù)合材料的硬度從球磨態(tài)147HV降低為130HV。研究了納米晶AZ61-10at.%Ti復(fù)合粉末真空熱壓致密化工藝,揭示了工藝參數(shù)對材料組織性能的影響規(guī)律,確定了最佳真空熱壓參數(shù)為723K保溫保壓1h,材料致密度為98.5%,鎂晶粒尺寸82nm,材料的硬度和屈服強度分別為136HV和440Mpa。隨后對真空熱壓材料進行退火處理工藝研究,623K退火處理40h后,材料屈服強度和抗壓強度分別為493MPa和556MPa,壓縮斷裂應(yīng)變?yōu)?.6%,增長了65%。研究了納米晶AZ61-10at.%Ti復(fù)合材料高溫變形行為,分析了變形溫度和應(yīng)變速率對流動應(yīng)力應(yīng)變的影響規(guī)律,揭示了納米晶鎂合金熱變形過程中動態(tài)再結(jié)晶和晶粒長大行為的共存。對真空熱壓AZ61-10at.%Ti復(fù)合材料進行熱擠壓工藝研究。通過擠壓過程中進行數(shù)值模擬研究,確定了合適的擠壓工藝擠壓比和模具溫度。研究了材料溫度對擠壓后AZ61-10at.%Ti復(fù)合材料組織性能的影響規(guī)律,當材料溫度為523K時,擠壓后材料晶粒尺寸均勻,平均晶粒尺寸約為180nm,經(jīng)423k退火處理40h,材料硬度、屈服強度、抗壓強度和壓縮斷裂應(yīng)變分別為152HV、606MPa、698MPa和12.0%,材料的室溫強化機制主要為細晶強化和彌散強化,所占比重分別為49%和48%,AZ61-10at.%Ti復(fù)合材料在423K、473K和523K時的壓縮屈服強度分別為520MPa、380MPa和162MPa,材料高溫強化機制可歸因于高溫變形過程中彌散分布的超細Ti顆�？梢砸种凭Ы缁�、晶粒的轉(zhuǎn)動以及晶界的擴散。通過退火處理實驗,揭示了超細晶AZ61-10at.%Ti復(fù)合材料優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.22
【圖文】：

1.2.2 鎂的滑移系常溫常壓下鎂的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方(Hexagonal close packed，簡稱：HCP)。金屬鎂的晶體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-1所示，圖中標注了一些指數(shù)較低的重要晶面和晶向。鎂合金原子最密排方向是<1120 >晶向，在包含<1120 >晶向的晶面中，相對于棱柱面滑移和錐面滑移，基面滑移是鎂合金變形中最容易啟動的滑移系，鎂合金基面滑移遵循Schmid定律，即在滑移面上沿滑移方向的應(yīng)力達到一定值時，該滑移系就可以開動，該臨界值稱為臨界剪切應(yīng)力(Critical resolved shear stress，簡稱：CRSS)

研究已經(jīng)證實，金屬鎂的基面和棱柱面滑移的CRSS隨著溫度的升高而降低，而其中棱柱面滑移對應(yīng)的CRSS降低較為明顯，如圖1-2所示為金屬鎂單晶基面和棱柱面滑移的CRSS隨溫度的演變規(guī)律，從圖中可以看出，在溫度低于573K時，棱柱面滑移的CRSS均顯著高于基面滑移，當溫度達到573K時，基面滑移和棱柱面滑移的CRSS幾乎相等，并且大量實驗研究也證實了，在溫度高于498K時

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本文編號：2728947