【摘要】：WE43合金具有良好的室溫和高溫力學(xué)性能,在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,是較為成功的商用耐熱鎂合金之一。然而,在某新型直升機(jī)WE43合金機(jī)匣的研制過程中發(fā)現(xiàn),砂型鑄造慢冷速條件下鑄件的強(qiáng)度和塑性偏低,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足該航空構(gòu)件的使用要求,已成為該機(jī)匣鑄件研制中的瓶頸問題。因此,如何提高砂型鑄造WE43合金的力學(xué)性能是該機(jī)匣研制成功的關(guān)鍵。Zn元素合金化是調(diào)控鎂合金組織與性能的一種有效手段,已有較多研究表明Zn元素微合金化能在很多Mg-RE合金中起到強(qiáng)韌化效果,但關(guān)于Zn的合金化對WE43合金的影響還缺乏報導(dǎo)。因此,有必要研究Zn元素的添加對鑄造WE43合金微觀組織、力學(xué)性能以及相應(yīng)熱處理工藝的影響,為其實際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。本文以WE43合金為基礎(chǔ),分別通過金屬型鑄造和砂型鑄造制備了不同含Zn量的WE43-Zn合金,系統(tǒng)地研究了在不同凝固條件下,Zn元素對WE43合金組織與性能的影響規(guī)律,并優(yōu)化出Zn的最佳含量�；趦�(yōu)化的WE43-Zn合金,采用砂型低壓鑄造方法研制了某型號直升機(jī)機(jī)匣鑄件。并深入地研究了熱處理對該鑄件組織與性能的影響,優(yōu)化其熱處理工藝,為該合金的實際應(yīng)用提供參考。研究結(jié)果表明,鑄態(tài)下,添加Zn會形成晶內(nèi)LPSO結(jié)構(gòu),隨著Zn含量的提升,LPSO結(jié)構(gòu)和共晶相的含量不斷增大。砂型鑄造較慢的凝固冷卻速率有利于形成晶內(nèi)LPSO結(jié)構(gòu)。固溶處理后,含0~0.5wt.%Zn合金的第二相固溶比較完全,而含1.0wt.%Zn合金有部分共晶相殘留,殘留共晶相阻礙了晶粒長大,其平均晶粒尺寸比含0~0.5wt.%Zn合金小15~20μm。由于Zn元素的固溶強(qiáng)化作用,T4態(tài)合金的強(qiáng)度隨Zn含量的提高而提高。時效后,WE43-0.5Zn合金具有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化效果和充分的時效硬化效果,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度最高。WE43-1.0Zn合金由于共晶相固溶不充分,析出強(qiáng)化效果偏低,但對塑性的損害減弱,其抗拉強(qiáng)度低于WE43-0.5Zn合金,但延伸率高于0~0.5wt.%Zn含量合金。少量Zn的添加會起到固溶強(qiáng)化效果,但過量Zn的添加會降低高溫下RE元素的固溶極限,降低析出相的密度,起到弱化效果。綜合而言,WE43-0.5Zn合金具有良好的強(qiáng)度和塑性配比,為最優(yōu)的合金成分。基于優(yōu)化的WE43-0.5Zn合金研制了機(jī)匣鑄件,對其熱處理工藝進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明,WE43-0.5Zn合金的峰時效強(qiáng)度隨時效溫度的上升而降低,但塑性不斷升高。200℃和225℃峰時效的析出相主要為細(xì)小密集的β'相和β''相,強(qiáng)化效果高,抗拉強(qiáng)度可達(dá)320MPa以上。250℃×10h過時效的析出相主要為相對稀疏的β_1相和β'相,強(qiáng)化效果較低,但該狀態(tài)的塑性較高。綜合考慮強(qiáng)度和塑性,該WE43-0.5Zn合金機(jī)匣鑄件優(yōu)化的熱處理工藝為:固溶處理525℃×6h,熱水(約90℃)淬火;時效處理250℃×10h。此工藝下的室溫拉伸性能為:YS=198MPa,UTS=277MPa,EL=7.5%,滿足了該機(jī)匣鑄件的使用需求。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V252.2;V261.31;TG146.22;TG166.4
【圖文】：

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 科斯基公司生產(chǎn)的 S-92 型直升機(jī)、貝爾 BA-609 型傾斜旋翼飛機(jī)、歐洲的 NH90 直升機(jī)、Eurocopter 120 直升機(jī)、中法新三國合作研制 HC120 直升機(jī)、美國的 MD500反潛直升機(jī)。普惠公司生產(chǎn)的 F119 航空發(fā)動機(jī)（圖 1-1）的變速箱就使用了 WE43合金，該發(fā)動機(jī)被定制用于美國 F22 戰(zhàn)斗機(jī)。第四階段：從 20 世紀(jì) 90 年代開始，為了開發(fā)具有更高力學(xué)性能的鎂合金，滿足軍事和其他高技術(shù)領(lǐng)域的需求，人們開始研究含重稀土(Heavy Rare Earth，HRE)元素的鎂合金。重稀土元素在鎂中的固溶度很高，除Eu和Yb外一般可達(dá)10~30wt.%，最大可達(dá) 41wt.%。Mg-HRE 合金在高溫固溶時可以溶解較多的重稀土，而重稀土的固溶度隨著溫度的下降而急劇下降，所以該類合金具有很好的固溶強(qiáng)化和時效強(qiáng)化作用。近年來開發(fā)的高 Gd 含量 Mg-Gd(-Y)系列合金和 Mg-Sc 系列合金，無論是室溫性能還是高溫性能都超過以往的耐熱鎂稀土合金，成為高強(qiáng)耐熱鎂合金的代表。

9圖 1-2 部分鎂稀土合金可能的析出序列[68, 69]Fig. 1-2 Possile precipitation sequences of some Mg-RE alloys1.2.3 晶粒細(xì)化鎂稀土合金的晶粒細(xì)化方法有孕育處理[70]、提高凝固速率[71]、塑性變形[72]、電磁攪拌[73, 74]等，而且，稀土元素本身也會產(chǎn)生細(xì)化作用。但塑性變形、電磁攪拌或引入塑性變形和織構(gòu)，或增加成本，較難大規(guī)模應(yīng)用。而孕育處理不僅是鑄造鎂合金最有效的晶粒細(xì)化方法之一，在工業(yè)生產(chǎn)中也有很強(qiáng)的可操作性。迄今為止 Zr 是鎂合金中最有效的晶粒細(xì)化劑。Zr 和 Mg 具有相似的晶體結(jié)構(gòu)和晶格參數(shù)，654°C 會發(fā)生包晶反應(yīng)同時生成 Mg 和富 Zr 相。想要得到良好的細(xì)化效果，Zr 含量必須高于 0.5wt.%，也就是 Zr 在 654°C 的固溶極限。Zr 合金化的最佳方式是將 Mg-Zr 中間合金直接加入到鎂熔體中。1945 年，人們首先制備了商用 Mg-Zr

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 Yongbo XU;Daokui XU;Xiaohong SHAO;En-hou HAN;;Guinier-Preston Zone,Quasicrystal and Long-period Stacking Ordered Structure in Mg-based Alloys,A Review[J];Acta Metallurgica Sinica(English Letters);2013年03期

2 吳玉娟;丁文江;彭立明;曾小勤;林棟j;;高性能稀土鎂合金的研究進(jìn)展[J];中國材料進(jìn)展;2011年02期

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1 黃天龍;合金元素?fù)诫s對鎂基體強(qiáng)化效果的第一性原理研究[D];吉林大學(xué);2015年

2 劉志杰;砂型鑄造Mg-4Y-2Nd-1Gd鎂合金微觀組織與力學(xué)行為研究[D];上海交通大學(xué);2013年

本文編號：2730158