鎂合金作為最輕的工程結(jié)構(gòu)材料,具有比重小、比強度高、減振性好等優(yōu)點,被譽為21世紀(jì)綠色工程金屬結(jié)構(gòu)材料。但當(dāng)溫度升高時鎂合金的強度和抗蠕變性能會大幅降低,使其難以作為構(gòu)件材料在國防和汽車工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用。鎂合金中添加稀土是提高耐熱性能最有效的方法之一,在不增加稀土含量的前提下,熱處理強化是進(jìn)一步提高稀土鎂合金的力學(xué)性能的有效辦法,開發(fā)高強耐熱稀土鎂合金是近年來的重要研究方向。本文在課題組具有自主知識產(chǎn)權(quán)的Mg-Y-Sm-Zn-Zr合金的基礎(chǔ)上,通過成分優(yōu)化制備了Mg-3.4Y-3.6Sm-2.6Zn-0.8Zr合金,選擇不同的熱處理工藝對合金進(jìn)行了熱處理。采用光學(xué)顯微鏡(OM)、X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和室溫拉伸試驗分別檢測了鑄態(tài)和不同熱處理態(tài)的合金顯微組織和力學(xué)性能,并對不同狀態(tài)下合金的組織結(jié)構(gòu)演變、斷裂方式及強化機理進(jìn)行了分析和研究。確定了實驗合金的最佳熱處理工藝。研究結(jié)果表明:鑄態(tài)合金的顯微組織呈細(xì)小等軸晶狀,其平均晶粒大小為21μm,主要組織由(Mg,Zn)_3(Y,Sm)和Mg_(12)(Y,Sm)Zn和層狀LPSO結(jié)構(gòu)組成。通過DSC熱分析,共晶相(Mg,Zn)_3(Y,Sm)熔點為502.7℃,α-Mg熔點為615.5℃。鑄態(tài)合金在室溫條件下的屈服強度、抗拉強度和延伸率分別為122.3MPa、191.5MPa和5.7%,其斷裂行為為沿晶脆性斷裂。經(jīng)過500℃×15h(熱水淬火)固溶熱處理后,晶粒尺寸沒有明顯長大,合金第二相發(fā)生固態(tài)相變但沒有改變物相種類,固溶態(tài)合金由α-Mg+球狀(Mg,Zn)_3(Y,Sm)相+長條狀Mg_(12)(Y,Sm)Zn相組成。高溫固溶后,隨著冷卻速率的減緩,晶粒內(nèi)部析出層狀LPSO結(jié)構(gòu)。采用熱水淬火(80℃)獲得最佳的屈服強度、抗拉強度和延伸率分別為119.4MPa、245.3MPa和21.4%。試樣的斷裂行為由沿晶脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇┚?zhǔn)解理斷裂,其強化方式主要相變強化。固溶態(tài)合金經(jīng)過225℃×40h(空冷)時效處理后,合金達(dá)到峰值時效78.55HV,室溫屈服強度、抗拉強度和延伸率分別達(dá)到170.0MPa、260.8MPa和14.1%,強化方式主要為析出強化。Mg-3.4Y-3.6Sm-2.6Zn-0.8Zr合金的最佳熱處理工藝為500℃×15h(熱水淬火)+225℃×40h(空冷)。進(jìn)行固溶+時效熱處理顯著提高了合金的力學(xué)性能,與鑄態(tài)合金相比,屈服強度和抗拉強度分別提高了39%和36%。
【學(xué)位單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG166.4;TG146.22
【部分圖文】：

圖 1.1 Mg-Y 二元相圖Fig. 1.1 Mg-Y binary phase diagramY 基礎(chǔ)合金中添加其他合金元素（如：RE、Zn 和 Zr 等）會溶度，但能大幅度提高合金中析出相，進(jìn)一步提升合金的代，英國科學(xué)家在 Mg-Y 合金的基礎(chǔ)上，通過添加 Nd、 WE 系列的 WE54 和 WE43 鎂合金，具有較高的室溫和高 300℃，特別是其蠕變性能甚至超過部分鋁合金，耐蝕性能,45]。WE54 鎂合金的室溫抗拉強度達(dá)到 285MPa，在 250℃MPa[46]。WE 系列的 WE43 和 WE54 合金是目前研究和應(yīng)用[47,48]。素在鎂合金中的作用鈰組元素，密度為 7.520 g/ cm3，相對原子質(zhì)量為 150.35 nm，c=2.6207 nm。Sm 與 Mg 的原子尺寸接近（rMg=0.160

圖 1.2 Mg-Sm 二元相圖Fig. 1.2 Mg-Sm binary phase diagram Zr 元素在鎂合金中作用Y 系合金中添加少量的 Zn 時，一方面可以與稀土 Y 在晶合物釘扎晶界，另一方面能夠有效降低合金中的堆垛層錯產(chǎn)生，形成長周期有序堆垛結(jié)構(gòu)（LPSO 結(jié)構(gòu)）。稀土鎂成長周期有序結(jié)構(gòu)（LPSO）相和準(zhǔn)晶相，可以提高鎂合金 結(jié)構(gòu)相的原子堆垛方式可以看做是密排六方（hcp）和面合金在塑性變形時，位錯的基面滑移是主要的變形機制，中位錯不但可以滑移，而且很容易進(jìn)行交滑移，因此含 n 系合金具有較高的塑性[53]。合金中最有效的晶粒細(xì)化劑，Zr 與 Mg 都是密排六方結(jié)構(gòu)

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文溶工藝中的固溶溫度、固溶時間、冷卻方式對稀土鎂合金的影響，在保證晶粒不充分長大的情況下，稀土鎂合金的固溶越長，冷卻速度越快，合金中的稀土元素及相會更徹底地固強度越高。E 合金的時效過程可分為時效初期的欠時效（β″相）、時效）、時效后期的過時效（β相），其時效后期形成的β相為平可以顯著提高鎂合金的硬度和屈服強度，但其塑韌性會有所擴散和分解速度緩慢，因此 Mg-RE 合金時效處理時需較長在鎂中的擴散速率較低，析出相的熱穩(wěn)定性很高，所以 Mg耐熱性和高溫強度[66]。

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本文編號：2832742