發(fā)布時間：2020-08-21 22:11

【摘要】：鎂合金具有密度小,彈性模量大,散熱好,消震性好,耐有機物和堿的腐蝕性能好等優(yōu)點。然而由于其強度較低,限制了其應用。因此,含稀土元素的鎂準晶由于其高強度和抗蠕變性能而變得越來越受到人們的關注。大部分稀土元素在鎂中有比較大固溶度,具有良好的固溶強化、沉淀強化作用。因此,在國防、航空、航天和汽車等領域有著巨大的發(fā)展前景。擠壓鑄造是一種先進的近凈成形方法,它的特點是在成形過程中,金屬液在壓力的作用下凝固并產生一定的塑性變形,擠壓鑄造可以有效地減少鑄件內部的縮孔、縮松缺陷,獲得晶粒細小、組織致密、力學性能高的鑄件。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合金微觀組織、力學性能和準晶I相形成影響,本文的主要內容如下:(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對兩種合金進行了研究;實驗研究發(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,都不會改變合金中相的組成,均為α-Mg和準晶I相。改變擠壓壓力和澆鑄溫度,都會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)狀結構轉變?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、抗拉強度和伸長率均先增大后減小。當澆鑄溫度為700℃、擠壓壓力為100MPa時,Mg_(95.1)Y_(0.7)Zn_(4.2)和Mg_(93)Y_1Zn_6合金的硬度、抗拉強度和伸長率最好,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)出準解理斷裂的特征;因此在本實驗中,應選擇澆鑄溫度為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合金的抗拉強度和伸長率發(fā)生了先增大后減小的趨勢,當Y含量為1at.%時,合金的抗拉強度和硬度最大為221.9MPa和79.3HV,當Y含量為0.7at.%時,合金的伸長率最大為6.7%。合金中的共晶組織的成分的Y、Zn原子比接近于1:6,被確認為是α-Mg+I-phase。合金中的花瓣狀組織具有五次旋轉對稱,且它的成分為32.69at.%Mg、9.85at.%Y和57.46at.%Zn,Mg、Y、Zn原子比接近于準晶相的3:1:6,確定為準晶I-Mg_3Y_1Zn_6相。Mg_(93)Y_1Zn_6合金的斷口形貌呈現(xiàn)出準解理斷裂特征,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,合金中形成α-Mg、I-phase和Mg-Y相;Y、Zn原子比為1:6時,合金中形成α-Mg和I-phase;Y、Zn原子比為1:7或1:8時,合金中形成α-Mg、I-phase和Mg_7Zn_3相。隨著Zn含量的增加,合金的抗拉強度和伸長率先增大后減小。當Zn含量為6at.%時,合金的硬度、抗拉強度和伸長率最大為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)對擠壓鑄造Mg_(93)Y_1Zn_6合金在400℃下保溫20小時,然后在200℃保溫8小時進行了研究分析,合金的微觀組織由α-Mg相和準晶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,抗拉強度和伸長率均有所提高,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小時和550℃下2小時,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下合金的力學性能為228.9MPa和10.6%,550℃×2h下后合金的力學性能為225.1MPa和11.1%,伸長率提升幅度明顯。Mg_(93)Y_1Zn_6合金在500℃×4h固溶處理后進行200℃×10h時效處理后合金的硬度顯著增大,此時的抗拉強度和伸長率分別為279.6 MPa和6.9%,與擠壓鑄造合金的力學性能提升幅度分別為:26.0%和32.7%。
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TG146.22;TG249.2
【圖文】：

1.1.4 鎂及鎂合金應用從二十世紀五六十年代開始，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構件，比如飛機的零件等，可以減輕飛機的重量，降低油耗，降低飛機飛行成本。鎂合金還可以用于制造電子 3C 產品，如筆記本電腦和手機的外殼、手表和通訊設備等，鎂及鎂合金也廣泛應用于非結構領域[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)應用于 60 多個汽車零件。鎂合金在短期和長期降低汽車重量方面擁有巨大的發(fā)展?jié)摿透偁幜�，因此，全球的汽車領域對鎂合金的需求量每年都在增長，尤其是近幾年的增長幅度非常大[15,16]。

中北大學學位論文33]。它們按照嚴格的拼接規(guī)則拼接出了一種準周期結構的圖形，該圖形中的結構形成長程有序取向。在二十世紀八十年代初，晶體學家里維斯和斯坦哈特[34]將彭羅斯的結上放置原子模擬晶體結構，并進行了衍射實驗，這一理論結果與舍特曼的實驗圖像相符由此，更加確定了準晶的存在。

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

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本文編號：2799913