本文關鍵詞：Gd含量及制備工藝對Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金組織和性能的影響

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【摘要】：為開發(fā)新型鎂合金輪轂材料,本文以Mg-xGd-3Y-2Zn-0.6Zr合金為對象,采用低壓鑄造、重力鑄造和擠壓成形三種制備工藝,并對低壓鑄造的合金進行熱處理工藝優(yōu)化,研究了合金在不同Gd含量和不同制備工藝下組織和性能的差異。首先通過改變低壓鑄造的型殼溫度、充型速度和熔體溫度三個參數(shù),研究Mg-xGd-3Y-2Zn-0.6Zr合金的低壓鑄造工藝對鑄造成型性和鑄態(tài)合金力學性能的影響。為分析低壓鑄造制備方法的性能優(yōu)勢和為后續(xù)研究提供鑄坯,開展了重力鑄造鑄試驗,比較與低壓鑄造Mg-xGd-3Y-2Zn-0.6Zr合金組織和性能的差異。以Mg-(4,8)Gd-3Y-2Zn-0.6Zr低壓鑄造合金為對象,優(yōu)化其合金固溶處理和時效熱處理工藝,研究熱處理過程組織和相的變化。研究了擠壓及擠壓后熱處理對Mg-xGd-3Y-2Zn-0.6Zr(x=0,4,6,8)合金組織和性能以及織構的影響。試驗研究采用顯微組織觀察、掃描電鏡及能譜分析,XRD分析、顯微硬度、室溫拉伸試驗等分析方法。通過上述研究,獲得以下結論:Mg-xGd-3Y-2Zn-0.6Zr(x=4,6,8wt%)合金低壓鑄造的優(yōu)化工藝為:模溫200℃,充型時間3~4s,低Gd的Mg-4Gd-3Y-2Zn-0.6Zr合金熔體澆注溫度710-730℃,高Gd的Mg-6Gd-3Y-2Zn-0.6Zr和Mg-8Gd-3Y-2Zn-0.6Zr合金熔體澆注溫度730-750℃。低壓鑄造的Mg-8Gd-3Y-2Zn-0.6Zr抗拉強度達到240MPa,屈服強度155MPa,延伸率達到10.8%。Mg-4Gd-3Y-2Zn-0.6Zr抗拉強度達到218MPa,屈服強度127MPa,延伸率達到15.6%。低壓鑄造制備合金性能優(yōu)于薄壁鐵模澆注的重力鑄造合金。低壓鑄造和重力鑄造的Mg-xGd-3Y-2Zn-0.6Zr合金,相的組成種類基本一致,由α-Mg、塊狀LPSO(長周期相Mg10(Gd,Y,Zn))、晶內(nèi)條紋狀LPSO(Mg12GdZn)、少量W-相(Mg3(Gd,Y,Zn))和MgRE相構成;相的體積分數(shù)和形態(tài)差異較大,重力鑄造合金塊狀長周期相更粗大,晶內(nèi)條紋狀LPSO很少,MgRE相也更少。固溶溫度越高,低壓鑄造Mg-(4,8)Gd-3Y-2Zn-0.6Zr合金到硬度峰值的時間越短。500℃充分固溶,晶內(nèi)條紋狀LPSO全部溶解,晶界處塊狀LPSO少量溶解,同時生成大量的MgRE相);520℃充分固溶,更多的塊狀LPSO溶解,但幾乎沒有MgRE相生成;540℃固溶,兩種LPSO迅速分解成W-相。MgRE有利于強度提升,因而500℃充分固溶的合金強度最高,Mg-8Gd-3Y-2Zn-0.6Zr合金500℃-T4態(tài)抗拉強度達到302MPa,屈服強度162MPa,延伸率達到20.4%,滿足高性能鑄態(tài)鎂合金輪轂的力學性能要求。Mg-(4,8)Gd-3Y-2Zn-0.6Z鑄造合金經(jīng)T6處理過程中時效析出的β'(Mg5(Gd,Y))相少且不穩(wěn)定,強化效果弱,加之固溶強化減弱,合金的拉伸性能有微弱下降;鑄態(tài)合金直接時效處理后,得益于發(fā)達的條紋狀LPSO,合金的延伸率有大幅提高。擠壓態(tài)未添加Gd的Mg-3Y-2Zn-0.6Zr合金抗拉強度達到313MPa,屈服強度245MPa,延伸率達到13.5%;Mg-8Gd-3Y-2Zn-0.6Zr合金擠壓后強度達到350MPa,屈服強度282MPa,延伸率達到12.7%。添加8%Gd有助于提高擠壓態(tài)Mg-3Y-2Zn-0.6Zr合金強度,同時弱化基面織構和柱面織構。擠壓后經(jīng)過200℃T5處理,Mg-3Y-2Zn-0.6Zr合金的抗拉強度為313MPa,屈服強度248MPa,延伸率達到14.5%,變化不大;Mg-4Gd-3Y-2Zn-0.6Zr抗拉強度從300提高到313MPa,屈服強度從251提高到290MPa,延伸率從8.1%變?yōu)?0.8%。
【關鍵詞】：低壓鑄造 重力鑄造 固溶處理 微觀組織 力學性能
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG292;TG166.4
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 緒論10-22
• 1.1 課題背景及意義10
• 1.2 鎂及鎂合金簡述10-11
• 1.3 鎂及鎂合金在汽車行業(yè)中的應用11-13
• 1.4 鎂合金輪轂材料及成型工藝研究現(xiàn)狀13-14
• 1.5 鎂合金低壓鑄造技術14-16
• 1.6 稀土鎂合金的熱處理16-18
• 1.6.1 固溶強化16
• 1.6.2 析出強化16-17
• 1.6.3 彌散強化17
• 1.6.4 鎂合金中LPSO結構的強化作用17-18
• 1.7 Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.8 變形鎂合金概述19-21
• 1.8.1 鎂合金的變形機制19-20
• 1.8.2 鎂合金織構的形成20-21
• 1.9 課題研究目的21
• 1.10 研究內(nèi)容21-22
• 2 實驗方案和方法22-26
• 2.1 實驗方案22
• 2.2 實驗方法22-26
• 2.2.1 金相實驗22-23
• 2.2.2 成分分析實驗23
• 2.2.3 差示掃描量熱法(DSC)23
• 2.2.4 物相分析23
• 2.2.5 掃描電鏡及能譜分析23-24
• 2.2.6 硬度實驗24
• 2.2.7 室溫力學性能分析24
• 2.2.8 宏觀織構分析24-26
• 3 Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金低壓鑄造工藝研究26-46
• 3.1 熔模殼體制備26-27
• 3.2 Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金熔模低壓鑄造成形工藝27-35
• 3.2.1 合金熔煉27-28
• 3.2.2 Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金低壓鑄造工藝研究28-34
• 3.2.3 鑄造溫度對Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金力學性能影響34-35
• 3.3 不同鑄造方式對Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金組織和性能的影響35-43
• 3.3.1 低壓鑄造和重力鑄造合金的物相分析35-36
• 3.3.2 Mg-Gd-Y-Zn-Zr組織分析36-39
• 3.3.3 Mg-Gd-Y-Zn-Zr力學性能分析39-41
• 3.3.4 Mg-Gd-Y-Zn-Zr斷口分析41-43
• 3.4 本章小結43-46
• 4 熱處理工藝對Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金組織和性能的影響46-72
• 4.1 固溶工藝對鑄造Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金顯微組織和力學性能的影響46-59
• 4.1.1 固溶溫度選擇46
• 4.1.2 固溶硬度曲線46-49
• 4.1.3 固溶溫度對物相的影響49
• 4.1.4 固溶處理組織和成分分析49-55
• 4.1.5 固溶處理對于晶粒度影響55-57
• 4.1.6 固溶工藝對Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金力學性能的影響57
• 4.1.7 強化機理探討57-59
• 4.2 時效工藝對鑄造Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金顯微組織和力學性能的影響59-70
• 4.2.1 時效硬度曲線59-60
• 4.2.2 時效工藝對物相種類的影響60-61
• 4.2.3 峰時效金相組織61-65
• 4.2.4 時效工藝對Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金應力應變曲線影響65-66
• 4.2.5 時效Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金斷口分析66-68
• 4.2.6 時效處理對Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金力學性能影響68-70
• 4.3 本章小結70-72
• 5 Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金擠壓變形性能研究72-84
• 5.1 擠壓變形對合金組織和性能的影響72-77
• 5.1.1 擠壓變形對合金組織和相變化影響72-75
• 5.1.2 擠壓變形對合金性能的影響75-76
• 5.1.3 擠壓合金織構變化76-77
• 5.2 T5時效處理對合金組織和性能的影響77-82
• 5.2.1 時效硬化曲線77-78
• 5.2.2 T5時效處理合金組織影響78-80
• 5.2.3 Gd元素對T5時效處理性能的影響80-81
• 5.2.4 T5態(tài)合金織構變化81-82
• 5.3 本章小結82-84
• 6 結論84-86
• 致謝86-88
• 參考文獻88-96
• 附錄：作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文目錄96

【參考文獻】

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本文編號：814746