Mg-4Y/Nd-2Zn合金組織與性能研究
發(fā)布時間：2020-12-23 22:25
鎂合金的比重輕,比強度及比剛度高,并且具有優(yōu)良的阻尼減震性能和電磁屏蔽性能的特點,被作為最理想的的金屬結(jié)構(gòu)材料應用在航空航天、汽車產(chǎn)業(yè),電子通訊等領(lǐng)域。然而它的的耐腐蝕性能低,力學性能較差,限制它在這些領(lǐng)域內(nèi)的應用發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)稀土元素具有獨特的核外電子結(jié)構(gòu),當加入稀土元素后可以有效地提升鎂合金的各方面性能,因此稀土鎂合金的研究越來越受到人們的關(guān)注。由于稀土元素又分為輕稀土元素和重稀土元素兩種,不同種類的稀土元素對鎂合金的組織和性能的影響有所不同。因此,本文設計了Mg-4Y-2Zn和Mg-4Nd-2Zn兩種鎂合金,采用光學顯微鏡（OM）、X射線衍射儀（XRD）、掃描電鏡（SEM）、EDS能譜分析儀、示差掃描量熱儀（DSC）、拉伸試驗、電化學極化曲線測試等分析測試手段,對兩種不同種類的稀土鎂合金進行了系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明:鑄態(tài)Mg-4Y-2Zn合金的顯微組織由α-Mg和X-Mg12YZn相組成,且X相沿晶界呈層片狀并指向晶粒內(nèi)部分布;鑄態(tài)Mg-4Nd-2Zn合金的顯微組織由α-Mg和W-Mg3Zn3Nd2
【文章來源】：南京航空航天大學江蘇省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：76 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
鎂的晶胞[1,17]
處呈連續(xù)的細小網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布，合金的強度提高；當 Y 的含量由 1.9%增加至 3,7%時，共晶相的組織由連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并且網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)開始變得粗大。當 Y 的含量由 1.9%增加至 5.8%時，合金的強度提升。當 Y 的含量為 0.9%時，Y 元素的細化作用以及適量的 W 相對合金的塑性較好，合金的延伸率為 24.8%；當 Y 的含量為 3.7%時，生成共晶相 X-Mg12YZn 相，W 相的數(shù)量開始減少，晶界處的共晶組織轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對合金的塑性有利。Y 含量為 3.7%時，合金具有最優(yōu)的力學性能。1.5.3 含 Nd 鎂合金研究進展Nd屬于輕稀土元素，它在鎂中的最大固溶度為3.6wt.%，并且固溶度隨溫度的下降而下降。因此，Mg-Nd二元合金具有明顯的固溶強化和時效強化作用。Mg-Nd二元合金中時效析出相為Mg12Nd 相，Mg12Nd相具有高熔點和高硬度，熱穩(wěn)定性好。因此，Mg12Nd相可有效提高鎂合金的強度以及抗蠕變性能[52,53]。Mg-Nd二元合金的鑄態(tài)組織由 -Mg和Mg12Nd相組成；并且合金的晶粒尺寸隨Nd含量的增加而逐漸減小，合金中的第二相數(shù)量隨Nd含量的增加而增加，分布更加連續(xù)，Mg-2Nd合金中的Mg12Nd相沿晶界呈斷續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布，而Mg-4Nd合金中Mg12Nd呈連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布[54,55],如圖1.2所示。
高其抗拉強度及延伸率，使得合金獲得好的韌性及抗沖擊性能。固溶處理+人工時效（T6）： 經(jīng)過固溶處理鎂合金放置在較低的溫度下保溫一定時間，基體中第二相或固溶原子會發(fā)生分解并析出第二相，阻礙位錯的運動，從而使得鎂合金的強度和硬度呈現(xiàn)大幅度的提高。但經(jīng)過固溶處理+時效處理（T6）后，合金的塑性會下降。時效處理的溫度和時間對于鎂合金的各方面性能也具有很大影響。韓寶軍[58]等人研究了時效熱處理對 WE43 鎂合金組織與力學性能的影響。研究表明：WE43鑄態(tài)組織成分不均勻，存在著明顯的成分偏析，晶界上分布著深色的不連續(xù)的稀土共晶相。圖1.3 為 WE43 合金不同溫度時效 8 h 后的顯微組織圖。當經(jīng)過 520 °C 8 h 的固溶處理后，分布在晶界上的共晶相的數(shù)量和形態(tài)發(fā)生變化，合金中的枝晶偏析消除，晶界上第二相大多數(shù)固溶到基體，只有少量還分布在晶界處。將固溶處理后的合金在不同的時效溫度下進行人工時效 8h，由顯微組織圖可以看出，175°C 時效析出相數(shù)量較少，且分布不均勻；225°C 析出相數(shù)量較多，分布比較均勻；275°C 時效析出的第二相變得粗大。時效溫度為 225°C 時，隨著保溫時間的延長，析出相的數(shù)量越來越多，當時效時間為 12h 時，合金的晶粒最小且析出相分布比較均勻。經(jīng)過 520 °C 8 h+225 °C 8 h 后，合金的硬度由原來的 77.7 HV 增加至 91.3 HV；當保溫時間延長至 12 h 時的硬度值達到最大值 105 HV；隨后硬度值開始下降。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Nd含量、固溶處理工藝對Mg-4Zn-xNd鎂合金性能的影響[J]. 鄧偉林,楊曉寧,鄧坤坤,黃曉波. 熱加工工藝. 2017(16)
[2]時效處理對擠壓態(tài)Mg-Zn-Ca-Nd合金力學及腐蝕性能的影響[J]. 郭皓,韓振華,紀曉昀,王小寧,張長軍,楊軍. 熱加工工藝. 2017(04)
[3]鎂合金功能材料的研究進展（英文）[J]. 陳先華,耿玉曉,潘復生. 稀有金屬材料與工程. 2016(09)
[4]幾種合金元素對鎂合金鑄造組織與性能的影響[J]. 韓寶軍,何瓊. 鑄造技術(shù). 2015(06)
[5]時效熱處理對WE43鎂合金組織與力學性能的影響[J]. 韓寶軍,何瓊,彭光懷. 熱加工工藝. 2015(08)
[6]鎂合金在航空領(lǐng)域應用的研究進展[J]. 趙懌,董剛,趙博. 有色金屬工程. 2015(02)
[7]稀土元素對鎂合金力學性能影響的研究進展[J]. 張丁非,諶夏,潘復生,蔣璐瑤,胡光山,余大亮. 功能材料. 2014(05)
[8]合金元素對鎂合金性能影響[J]. 危少景,魏亮新. 科技視界. 2013(26)
[9]高性能鎂合金及其在汽車行業(yè)應用的研究進展[J]. 李宜達,梁敏潔,廖海洪,張曉. 熱加工工藝. 2013(10)
[10]固溶處理對Mg-4Y-2Nd-1Gd-0.4Zr鎂合金組織和性能的影響[J]. 劉志杰,吳國華,劉文才,丁文江. 材料熱處理學報. 2013(03)
博士論文
[1]Mg-RE基稀土鎂合金組織、性能與腐蝕機理研究[D]. 張新.北京有色金屬研究總院 2013
碩士論文
[1]熱處理對Mg-4Zn-xNd-0.5Zr合金的組織和性能的影響[D]. 王莉莉.沈陽工業(yè)大學 2013
[2]Mg-Zn-Nd合金的顯微組織與性能研究[D]. 崔雙雙.天津大學 2009
[3]Mg-5.6Zn-2.75Y-0.55Zr合金經(jīng)不同工藝處理組織和性能研究[D]. 王瑩瑩.內(nèi)蒙古工業(yè)大學 2009
本文編號：2934438
【文章來源】：南京航空航天大學江蘇省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：76 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
鎂的晶胞[1,17]
處呈連續(xù)的細小網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布，合金的強度提高；當 Y 的含量由 1.9%增加至 3,7%時，共晶相的組織由連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并且網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)開始變得粗大。當 Y 的含量由 1.9%增加至 5.8%時，合金的強度提升。當 Y 的含量為 0.9%時，Y 元素的細化作用以及適量的 W 相對合金的塑性較好，合金的延伸率為 24.8%；當 Y 的含量為 3.7%時，生成共晶相 X-Mg12YZn 相，W 相的數(shù)量開始減少，晶界處的共晶組織轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對合金的塑性有利。Y 含量為 3.7%時，合金具有最優(yōu)的力學性能。1.5.3 含 Nd 鎂合金研究進展Nd屬于輕稀土元素，它在鎂中的最大固溶度為3.6wt.%，并且固溶度隨溫度的下降而下降。因此，Mg-Nd二元合金具有明顯的固溶強化和時效強化作用。Mg-Nd二元合金中時效析出相為Mg12Nd 相，Mg12Nd相具有高熔點和高硬度，熱穩(wěn)定性好。因此，Mg12Nd相可有效提高鎂合金的強度以及抗蠕變性能[52,53]。Mg-Nd二元合金的鑄態(tài)組織由 -Mg和Mg12Nd相組成；并且合金的晶粒尺寸隨Nd含量的增加而逐漸減小，合金中的第二相數(shù)量隨Nd含量的增加而增加，分布更加連續(xù)，Mg-2Nd合金中的Mg12Nd相沿晶界呈斷續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布，而Mg-4Nd合金中Mg12Nd呈連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布[54,55],如圖1.2所示。
高其抗拉強度及延伸率，使得合金獲得好的韌性及抗沖擊性能。固溶處理+人工時效（T6）： 經(jīng)過固溶處理鎂合金放置在較低的溫度下保溫一定時間，基體中第二相或固溶原子會發(fā)生分解并析出第二相，阻礙位錯的運動，從而使得鎂合金的強度和硬度呈現(xiàn)大幅度的提高。但經(jīng)過固溶處理+時效處理（T6）后，合金的塑性會下降。時效處理的溫度和時間對于鎂合金的各方面性能也具有很大影響。韓寶軍[58]等人研究了時效熱處理對 WE43 鎂合金組織與力學性能的影響。研究表明：WE43鑄態(tài)組織成分不均勻，存在著明顯的成分偏析，晶界上分布著深色的不連續(xù)的稀土共晶相。圖1.3 為 WE43 合金不同溫度時效 8 h 后的顯微組織圖。當經(jīng)過 520 °C 8 h 的固溶處理后，分布在晶界上的共晶相的數(shù)量和形態(tài)發(fā)生變化，合金中的枝晶偏析消除，晶界上第二相大多數(shù)固溶到基體，只有少量還分布在晶界處。將固溶處理后的合金在不同的時效溫度下進行人工時效 8h，由顯微組織圖可以看出，175°C 時效析出相數(shù)量較少，且分布不均勻；225°C 析出相數(shù)量較多，分布比較均勻；275°C 時效析出的第二相變得粗大。時效溫度為 225°C 時，隨著保溫時間的延長，析出相的數(shù)量越來越多，當時效時間為 12h 時，合金的晶粒最小且析出相分布比較均勻。經(jīng)過 520 °C 8 h+225 °C 8 h 后，合金的硬度由原來的 77.7 HV 增加至 91.3 HV；當保溫時間延長至 12 h 時的硬度值達到最大值 105 HV；隨后硬度值開始下降。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Nd含量、固溶處理工藝對Mg-4Zn-xNd鎂合金性能的影響[J]. 鄧偉林,楊曉寧,鄧坤坤,黃曉波. 熱加工工藝. 2017(16)
[2]時效處理對擠壓態(tài)Mg-Zn-Ca-Nd合金力學及腐蝕性能的影響[J]. 郭皓,韓振華,紀曉昀,王小寧,張長軍,楊軍. 熱加工工藝. 2017(04)
[3]鎂合金功能材料的研究進展（英文）[J]. 陳先華,耿玉曉,潘復生. 稀有金屬材料與工程. 2016(09)
[4]幾種合金元素對鎂合金鑄造組織與性能的影響[J]. 韓寶軍,何瓊. 鑄造技術(shù). 2015(06)
[5]時效熱處理對WE43鎂合金組織與力學性能的影響[J]. 韓寶軍,何瓊,彭光懷. 熱加工工藝. 2015(08)
[6]鎂合金在航空領(lǐng)域應用的研究進展[J]. 趙懌,董剛,趙博. 有色金屬工程. 2015(02)
[7]稀土元素對鎂合金力學性能影響的研究進展[J]. 張丁非,諶夏,潘復生,蔣璐瑤,胡光山,余大亮. 功能材料. 2014(05)
[8]合金元素對鎂合金性能影響[J]. 危少景,魏亮新. 科技視界. 2013(26)
[9]高性能鎂合金及其在汽車行業(yè)應用的研究進展[J]. 李宜達,梁敏潔,廖海洪,張曉. 熱加工工藝. 2013(10)
[10]固溶處理對Mg-4Y-2Nd-1Gd-0.4Zr鎂合金組織和性能的影響[J]. 劉志杰,吳國華,劉文才,丁文江. 材料熱處理學報. 2013(03)
博士論文
[1]Mg-RE基稀土鎂合金組織、性能與腐蝕機理研究[D]. 張新.北京有色金屬研究總院 2013
碩士論文
[1]熱處理對Mg-4Zn-xNd-0.5Zr合金的組織和性能的影響[D]. 王莉莉.沈陽工業(yè)大學 2013
[2]Mg-Zn-Nd合金的顯微組織與性能研究[D]. 崔雙雙.天津大學 2009
[3]Mg-5.6Zn-2.75Y-0.55Zr合金經(jīng)不同工藝處理組織和性能研究[D]. 王瑩瑩.內(nèi)蒙古工業(yè)大學 2009
本文編號：2934438
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