【摘要】：鎂合金具有密度小,彈性模量大,散熱好,消震性好,耐有機(jī)物和堿的腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)。然而由于其強(qiáng)度較低,限制了其應(yīng)用。因此,含稀土元素的鎂準(zhǔn)晶由于其高強(qiáng)度和抗蠕變性能而變得越來越受到人們的關(guān)注。大部分稀土元素在鎂中有比較大固溶度,具有良好的固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化作用。因此,在國(guó)防、航空、航天和汽車等領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展前景。擠壓鑄造是一種先進(jìn)的近凈成形方法,它的特點(diǎn)是在成形過程中,金屬液在壓力的作用下凝固并產(chǎn)生一定的塑性變形,擠壓鑄造可以有效地減少鑄件內(nèi)部的縮孔、縮松缺陷,獲得晶粒細(xì)小、組織致密、力學(xué)性能高的鑄件。本文采用擠壓鑄造法(squeeze casting),以Mg-Y-Zn合金為研究對(duì)象,制備了Mg-x Y-6xZn和Mg-Y-xZn合金,研究了擠壓鑄造參數(shù)、合金成分以及熱處理對(duì)合金微觀組織、力學(xué)性能和準(zhǔn)晶I相形成影響,本文的主要內(nèi)容如下:(1)采用了擠壓鑄造法制備了Mg_(95.1)Y_(0.7)Zn_(4.2)和Mg_(93)Y_1Zn_6合金,模具溫度和保壓時(shí)間分別為200℃和20s。分別在擠壓壓力為100MPa的情況下,澆鑄溫度為680℃、700℃和720℃下和澆鑄溫度700℃的情況下,擠壓壓力為50MPa、100MPa和150MPa對(duì)兩種合金進(jìn)行了研究;實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),Mg_(95.1)Y_(0.7)Zn_(4.2)合金和Mg_(93)Y_1Zn_6合金在改變擠壓壓力和澆鑄溫度的情況下,都不會(huì)改變合金中相的組成,均為α-Mg和準(zhǔn)晶I相。改變擠壓壓力和澆鑄溫度,都會(huì)改變合金中晶粒的分布以及尺寸。隨著澆鑄溫度的升高,合金的微觀組織晶粒發(fā)生了變大的現(xiàn)象,由連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)分布。增大擠壓壓力和澆鑄溫度,Mg_(95.1)Y_(0.7)Zn_(4.2)和Mg_(93)Y_1Zn_6合金的硬度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率均先增大后減小。當(dāng)澆鑄溫度為700℃、擠壓壓力為100MPa時(shí),Mg_(95.1)Y_(0.7)Zn_(4.2)和Mg_(93)Y_1Zn_6合金的硬度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率最好,它們分別為76.5HV、215.7MPa、6.7%和79.3HV、221.9MPa和5.2%;Mg_(95.1)Y_(0.7)Zn_(4.2)和Mg_(93)Y_1Zn_6合金的斷口形貌包括解理面、撕裂棱組成,呈現(xiàn)出準(zhǔn)解理斷裂的特征;因此在本實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)選擇澆鑄溫度為700℃和擠壓壓力為100MPa作為合適的擠壓鑄造參數(shù)。(2)Mg-Y-Zn合金的Y、Zn比為1:6,擠壓鑄造參數(shù)為擠壓壓力100MPa和澆鑄溫度700℃。Mg-xY-6xZn合金的微觀組織主要由灰色α-Mg基體和黑灰色的片狀共晶組織晶界所組成,隨著Y、Zn含量的增加合金中的共晶組織(α-Mg+I-phase)隨之增多。隨著Y、Zn含量的增加,Mg-x Y-6x Zn合金的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率發(fā)生了先增大后減小的趨勢(shì),當(dāng)Y含量為1at.%時(shí),合金的抗拉強(qiáng)度和硬度最大為221.9MPa和79.3HV,當(dāng)Y含量為0.7at.%時(shí),合金的伸長(zhǎng)率最大為6.7%。合金中的共晶組織的成分的Y、Zn原子比接近于1:6,被確認(rèn)為是α-Mg+I-phase。合金中的花瓣?duì)罱M織具有五次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱,且它的成分為32.69at.%Mg、9.85at.%Y和57.46at.%Zn,Mg、Y、Zn原子比接近于準(zhǔn)晶相的3:1:6,確定為準(zhǔn)晶I-Mg_3Y_1Zn_6相。Mg_(93)Y_1Zn_6合金的斷口形貌呈現(xiàn)出準(zhǔn)解理斷裂特征,其他三種合金斷口形貌呈現(xiàn)出解理斷裂特征。(3)Mg-Y-x Zn合金中相的形成是由Y、Zn原子比決定的,Y、Zn原子比為1:5時(shí),合金中形成α-Mg、I-phase和Mg-Y相;Y、Zn原子比為1:6時(shí),合金中形成α-Mg和I-phase;Y、Zn原子比為1:7或1:8時(shí),合金中形成α-Mg、I-phase和Mg_7Zn_3相。隨著Zn含量的增加,合金的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率先增大后減小。當(dāng)Zn含量為6at.%時(shí),合金的硬度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率最大為79.3HV、221.9MPa和5.2%。Mg_(94)Y_1Zn_5和Mg_(93)Y_1Zn_6合金斷口呈現(xiàn)準(zhǔn)解理斷裂特征,Mg_(92)Y_1Zn_7和Mg_(91)Y_1Zn_8合金斷口呈現(xiàn)脆性斷裂特征。(4)對(duì)擠壓鑄造Mg_(93)Y_1Zn_6合金在400℃下保溫20小時(shí),然后在200℃保溫8小時(shí)進(jìn)行了研究分析,合金的微觀組織由α-Mg相和準(zhǔn)晶I相組成,晶界變得更加連續(xù),合金的晶粒尺寸變大。合金的硬度降低,抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率均有所提高,但是提高的幅度都不是太大,分別為78.1HV、225.1MPa和7.4%。(5)擠壓鑄造Mg_(93)Y_1Zn_6合金在500℃下保溫4小時(shí)和550℃下2小時(shí),合金的晶粒平均尺寸顯著增大,在α-Mg基體中出現(xiàn)了近球形的I相。500℃×4h下合金的力學(xué)性能為228.9MPa和10.6%,550℃×2h下后合金的力學(xué)性能為225.1MPa和11.1%,伸長(zhǎng)率提升幅度明顯。Mg_(93)Y_1Zn_6合金在500℃×4h固溶處理后進(jìn)行200℃×10h時(shí)效處理后合金的硬度顯著增大,此時(shí)的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別為279.6 MPa和6.9%,與擠壓鑄造合金的力學(xué)性能提升幅度分別為:26.0%和32.7%。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TG146.22;TG249.2
【圖文】：

1.1.4 鎂及鎂合金應(yīng)用從二十世紀(jì)五六十年代開始，鎂合金就開始逐漸成為汽車、航空航天、電子通訊等行業(yè)中一種不可或缺的材料之一。在航空工業(yè)中，鎂合金被用來制造許多種結(jié)構(gòu)件，比如飛機(jī)的零件等，可以減輕飛機(jī)的重量，降低油耗，降低飛機(jī)飛行成本。鎂合金還可以用于制造電子 3C 產(chǎn)品，如筆記本電腦和手機(jī)的外殼、手表和通訊設(shè)備等，鎂及鎂合金也廣泛應(yīng)用于非結(jié)構(gòu)領(lǐng)域[13,14]。汽車的剎車支架、支架總成、剎車踏板支架、安全氣囊支架、離合器支架及總成、座椅基座、IP 支撐柱和支架、方向盤骨架、轉(zhuǎn)向柱支架和輪轂、天窗蓋總成、外后視鏡骨架和頂棚框架等，甚至一部分的氣缸蓋、氣缸體都用鎂合金制造，鎂合金已經(jīng)使用或正在開發(fā)應(yīng)用于 60 多個(gè)汽車零件。鎂合金在短期和長(zhǎng)期降低汽車重量方面擁有巨大的發(fā)展?jié)摿透?jìng)爭(zhēng)力，因此，全球的汽車領(lǐng)域?qū)︽V合金的需求量每年都在增長(zhǎng)，尤其是近幾年的增長(zhǎng)幅度非常大[15,16]。

中北大學(xué)學(xué)位論文33]。它們按照嚴(yán)格的拼接規(guī)則拼接出了一種準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)的圖形，該圖形中的結(jié)構(gòu)形成長(zhǎng)程有序取向。在二十世紀(jì)八十年代初，晶體學(xué)家里維斯和斯坦哈特[34]將彭羅斯的結(jié)上放置原子模擬晶體結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了衍射實(shí)驗(yàn)，這一理論結(jié)果與舍特曼的實(shí)驗(yàn)圖像相符由此，更加確定了準(zhǔn)晶的存在。

圖 1.2 以 A 為中心點(diǎn)將 B 移到 B'和 1.2 Symmetric translations from point A to類多元系合金中發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶相的存在，實(shí)踐中。在 Al-Cu-Fe 穩(wěn)定的準(zhǔn)晶[)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)晶等，可以通過改變準(zhǔn)晶相相，如 Mg-Zn-Al、Al-Cu-Li 準(zhǔn)晶等有近 300 種，還有一少部分的四元的不同，除了的 Al 基體準(zhǔn)晶相之外[39,40]、Cu 基[41,42]、Zn 基[43-45]、Cd [58]

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