【摘要】：為了提高變形鎂合金的性能,本文研究了合金成分、Zn/Y比、熱擠壓與軋制變形和熱處理對Mg-Zn-Y系變形鎂合金的顯微組織以及力學(xué)性能的影響。實驗以Mg-4Zn-xY(X=1,2,3)合金為研究對象,利用普通金屬型鑄造制備坯料,并在450℃C條件下將直徑為130mm的鑄錠擠壓成直徑為20mm的棒材。利用光學(xué)顯微鏡、電子掃描顯微鏡、透射電子顯微鏡、x射線衍射分析、能譜分析等對合金的顯微組織以及相組成進(jìn)行觀察分析；利用布氏硬度儀以及萬能拉伸試驗機對合金的力學(xué)性能進(jìn)行檢測。之后以Mg-4Zn-1Y合金為重點研究對象,將擠壓態(tài)合金進(jìn)一步進(jìn)行直接時效處理以及多道次軋制處理,通過組織的觀察以及性能的檢測研究擠壓變形以及時效處理前后合金組織以及力學(xué)性能的變化規(guī)律,利用第一性原理計算對MgZn2相以及Mg17Al12相進(jìn)行了多種性質(zhì)的計算,揭示合金的強韌化機理,為變形Mg-Zn-Y合金的實際應(yīng)用提供一定的依據(jù)。通過對AZ31合金作為生物鎂合金應(yīng)用的研究探索,開發(fā)出了生物可降解心臟支架以及“訂書釘”等,并通過體外檢測結(jié)果對比證明Mg-Zn-Y合金作為生物鎂合金的應(yīng)用前景非�？捎^。實驗結(jié)果表明：鑄態(tài)^4g-4Zn-xY合金的組織隨著Zn/Y比的減小而細(xì)化,平均晶粒尺寸由150μm減小到50gm左右,且相組成也由α-Mg、I相以及W相轉(zhuǎn)變成a-Mg以及W相,第二相由多邊形狀、短棒狀以及網(wǎng)狀的混合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成單一的連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。合金經(jīng)過熱擠壓(擠壓比為42.25)之后,晶粒都得到了明顯的細(xì)化：Mg-4Zn-1Y以及Mg-4Zn-2Y合金由原始晶粒以及細(xì)小的動態(tài)再結(jié)晶晶粒組成,其合金晶粒尺寸可分別細(xì)化至5μm以及3μm左右,而ZW43合金則由細(xì)小均勻的等軸晶晶粒組成,其平均尺寸約為8μm。合金中的W相發(fā)生扭曲、變形甚至被打碎,在擠壓應(yīng)力的作用下重新分布；組織中I相發(fā)生了球化,減小其與Mg基體之間的割裂作用。在擠壓變形過程中形成的孿晶帶既有利于獲得較大的變形量,又可以阻礙位錯滑移,從而提高合金的拉伸力學(xué)性能。Mg-4Zn-1Y合金擠壓棒材經(jīng)過時效處理后,大量的針狀MgZn2相從基體中彌散析出,能夠進(jìn)一步提高合金的力學(xué)性能。通過對MgZn2相以及Mg17Al12相的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu),彈性常數(shù)和熱力學(xué)性質(zhì)的計算得出MgZn2相是一種在受到外界應(yīng)力時抵抗變形能力比較強,剛度較差,但塑性非常突出的強化相。MgZn2相的析出提高合金強度的同時進(jìn)一步提高合金的塑性。鑄態(tài)Mg-4Zn-xY合金的力學(xué)性能也由于Y元素的晶粒細(xì)化作用而有小幅度的提高,三種合金的抗拉強度分別為125.2MPa,136.6MPa以及140.3MPa。三種合金的擠壓態(tài)抗拉強度分別達(dá)到254.9MPa,254.8MPa以及255.6MPa,與鑄態(tài)相比分別提高了103.59%,86.53%以及82.18%。Mg-4Zn-lY合金經(jīng)過時效后的硬度以及拉伸力學(xué)性能得到了進(jìn)一步的提高：布氏硬度從擠壓態(tài)的60.4HB進(jìn)一步提高到了峰時效狀態(tài)的64.5HB,同時屈服強度從180.6MPa提高到240.7MPa,抗拉強度從254.9MPa提高到330.3MPa,而合金的塑性也同時得到了進(jìn)一步的提高：伸長率從17.9%進(jìn)一步提高到了20.4%。 Mg-4Zn-1Y合金力學(xué)性能的提高可歸結(jié)于形變強化、準(zhǔn)晶強化、細(xì)晶強化以及第二相粒子強化綜合作用的結(jié)果。Mg-4Zn-1Y合金擠壓板材經(jīng)過多道次軋制之后,厚度分別從28.5mm.軋到11.5mm, 15.34mm軋到5.8mm,總軋下量均為60%。軋制板材由于軋制過程中多次高溫加熱以及保溫處理,兩種軋制板材的平均晶粒尺寸也分別由擠壓板材的5μm以及3μm左右長大到了約30μm以及20μm。軋制板材經(jīng)過時效處理后,由于多種強化機制的共同作用,力學(xué)性能出現(xiàn)了小幅度的提高,厚板橫截面抗拉強度為255.8MPa,伸長率為12.6%；薄板的橫截面抗拉強度為278.3MPa,伸長率為16.1%。由于AZ31合金力學(xué)性能的不足,導(dǎo)致部分應(yīng)用只能完成成型而無法正常工作。從力學(xué)性能、生物相容性以及耐腐蝕性能等方面都可以看出Mg-4Zn-1Y合金作為生物材料應(yīng)用的前景非�？捎^。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.22

【參考文獻(xiàn)】

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1 王文高;鄢建明;謝良s，

本文編號：2346936