鎂合金作為最輕的工程結(jié)構(gòu)材料,具有比重小、比強(qiáng)度高、減振性好等優(yōu)點(diǎn),被譽(yù)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(shí)鎂合金的強(qiáng)度和抗蠕變性能會(huì)大幅降低,使其難以作為構(gòu)件材料在國(guó)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(qiáng)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(kāi)發(fā)高強(qiáng)耐熱稀土鎂合金是近年來(lái)的重要研究方向。本文在課題組具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Mg-Y-Sm-Zn-Zr合金的基礎(chǔ)上,通過(guò)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(duì)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(yàn)分別檢測(cè)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(duì)不同狀態(tài)下合金的組織結(jié)構(gòu)演變、斷裂方式及強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行了分析和研究。確定了實(shí)驗(yàn)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(guò)DSC熱分析,共晶相(Mg,Zn)_3(Y,Sm)熔點(diǎn)為502.7℃,α-Mg熔點(diǎn)為615.5℃。鑄態(tài)合金在室溫條件下的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)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(guò)500℃×15h(熱水淬火)固溶熱處理后,晶粒尺寸沒(méi)有明顯長(zhǎng)大,合金第二相發(fā)生固態(tài)相變但沒(méi)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(zhǎng)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(qiáng)度、抗拉強(qiáng)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(qiáng)化方式主要相變強(qiáng)化。固溶態(tài)合金經(jīng)過(guò)225℃×40h(空冷)時(shí)效處理后,合金達(dá)到峰值時(shí)效78.55HV,室溫屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率分別達(dá)到170.0MPa、260.8MPa和14.1%,強(qiáng)化方式主要為析出強(qiáng)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(shí)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(qiáng)度和抗拉強(qiáng)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(jí)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(huì)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(guó)科學(xué)家在 Mg-Y 合金的基礎(chǔ)上，通過(guò)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(guò)部分鋁合金，耐蝕性能,45]。WE54 鎂合金的室溫抗拉強(qiáng)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(duì)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(shí)，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(cuò)產(chǎn)生，形成長(zhǎng)周期有序堆垛結(jié)構(gòu)（LPSO 結(jié)構(gòu)）。稀土鎂成長(zhǎng)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(shí)，位錯(cuò)的基面滑移是主要的變形機(jī)制，中位錯(cuò)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(shí)間、冷卻方式對(duì)稀土鎂合金的影響，在保證晶粒不充分長(zhǎng)大的情況下，稀土鎂合金的固溶越長(zhǎng)，冷卻速度越快，合金中的稀土元素及相會(huì)更徹底地固強(qiáng)度越高。E 合金的時(shí)效過(guò)程可分為時(shí)效初期的欠時(shí)效（β″相）、時(shí)效）、時(shí)效后期的過(guò)時(shí)效（β相），其時(shí)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(qiáng)度，但其塑韌性會(huì)有所擴(kuò)散和分解速度緩慢，因此 Mg-RE 合金時(shí)效處理時(shí)需較長(zhǎng)在鎂中的擴(kuò)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(qiáng)度[66]。

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本文編號(hào)：2832742