【摘要】：Mg-9Gd-3Y-0.5Zr合金作為近年來開發(fā)的高強耐熱鎂稀土合金,具有良好的室溫及高溫力學性能,在航空航天等領域有著廣闊的應用前景。目前,Mg-9Gd-3Y-0.5Zr合金的性能已經(jīng)能滿足部分領域結(jié)構(gòu)件的應用要求,但其較低的延伸率限制了其進一步的推廣應用,因此探尋提高Mg-9Gd-3Y-0.5Zr合金力學性能的方法就顯得尤為重要。很多研究報道,Zn作為合金化元素可以有效提升鎂稀土合金的力學性能,特別是延伸率,但關于Zn(特別是微量Zn,低于1.5wt%)對Mg-9Gd-3Y-0.5Zr合金性能影響的研究報道還很少。因此研究微量Zn的添加對Mg-9Gd-3Y-0.5Zr合金微觀組織與力學性能的影響十分必要。本文采用重力金屬型鑄造方法制備出不同Zn含量的Mg-9Gd-3Y-xZn-0.5Zr(x=0、0.2、0.5、1.0和1.5wt%)合金,系統(tǒng)地研究了合金微觀組織、力學性能及拉伸斷裂行為的變化規(guī)律,優(yōu)化出合金的熱處理工藝,進一步優(yōu)化出Zn元素的含量。由于航空航天等領域的結(jié)構(gòu)件往往需要承受循環(huán)載荷,因此在優(yōu)化Zn含量的基礎上繼續(xù)探究了合金的高周疲勞行為。研究結(jié)果表明,鑄態(tài)合金組織主要由α-Mg基體及共晶相構(gòu)成,隨著Zn含量的提升,共晶相成分由Mg_(24)(Gd,Y)_5逐漸變?yōu)?Mg,Zn)_3(Gd,Y)。Zn的添加在α-Mg基體內(nèi)引入了精細層狀組織,其體積分數(shù)隨Zn含量的提升而增加。Zn的添加可以有效增強鑄態(tài)合金的力學性能,其中Zn含量為0.5wt%時,合金性能最好,屈服強度、抗拉強度及延伸率分別為158MPa、248MPa及7.2%。本文優(yōu)化了不同Zn含量合金的熱處理工藝,其中Zn含量為0.5wt%合金的熱處理工藝為:500°C固溶6h,225°C時效16h。固溶處理后,含0-0.2wt%Zn合金中共晶相基本固溶進α-Mg基體里,含0.5-1.5 wt%Zn合金中有少部分X相。T4態(tài)合金的屈服強度、抗拉強度及延伸率均隨Zn含量增加呈先上升后下降的趨勢,當Zn含量為0.5wt%時,合金的綜合力學性能最佳。在峰時效狀態(tài)下,隨Zn含量的增加,合金的屈服強度及抗拉強度呈先增加后降低的趨勢,而延伸率則不斷增加。含0.5wt%Zn合金擁有最佳的綜合力學性能,屈服強度、抗拉強度及延伸率分別為244MPa、371MPa及3.8%。Zn含量大于1wt%時,由于合金內(nèi)大量LPSO結(jié)構(gòu)阻礙了強化相的時效析出,導致其較弱的時效強化效果。選擇綜合性能較高的含0-0.5wt%Zn三種合金進行高周疲勞試驗,發(fā)現(xiàn)不同成分下鑄態(tài)和T6態(tài)合金的S-N曲線都有著相同的走向趨勢,T6熱處理可以有效提升合金的疲勞強度。在鑄態(tài)和T6態(tài)下,含0.5wt%Zn合金均擁有最高的疲勞強度,分別為90MPa和120MPa。此外,本文還對合金的拉伸斷裂行為及疲勞斷裂行為進行探究。鑄態(tài)合金拉伸斷裂形式以穿晶斷裂為主,共晶相是主要裂紋源;固溶及時效熱處理后,合金的拉伸斷口主要表現(xiàn)為準解理斷裂。合金疲勞裂紋擴展總體上均以穿晶擴展為主。
【圖文】：

2圖 1-1 地殼中稀土元素分布隨原子序數(shù)變化圖[16]Fig. 1-1 Spread of RE elements in the earth’s crust

6圖 1-2 Mg-Gd 二元相圖[38]Fig. 1-2 Mg-Gd binary phase diagram[38]its 等[39]人研究報道，，二元 Mg-22Gd 合金在室溫下抗拉強度可達 400
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.22

【參考文獻】

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本文編號：2644490