本文關鍵詞：Mg-Sn-Zn-Ca合金的微觀組織與力學行為研究

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【摘要】：鎂合金具有比強度高、比剛度高、導熱導電性能好、阻尼減振性好、電磁屏蔽能力強、易于鑄造和切削加工和容易回收等諸多優(yōu)點,在軍工、通訊、航空、民用等多個領域都發(fā)揮著越來越重要的作用。但由于該材料絕對強度偏低、高溫力學性能差、常溫下塑性變形能力差、易腐蝕等一系列的缺點使其在應用方面仍然受到很大的限制。與傳統(tǒng)的鑄造鎂合金相比,變形鎂合金在強度、尺寸精度、延展性等各方面都具備更為優(yōu)越的性能。研究與開發(fā)新型變形鎂合金及其生產工藝已成為鎂合金發(fā)展領域中的重要課題。針對上述問題,本論文進行了以下研究：(1)設計合金成分并依托真空熔煉技術獲取一系列不同元素含量的Mg-Sn-Zn-Ca合金鑄錠；(2)鑄態(tài)Mg-Sn-Zn-Ca合金的顯微組織；(3)通過Gleeble熱模擬實驗研究不同溫度、應變速率對合金應力應變特點、顯微組織的影響。(4)熱擠壓Mg-Sn-Zn-Ca合金的顯微組織、織構特征及力學性能；(5)固溶和時效處理對Mg-Sn-Zn-Ca合金組織和性能的影響；主要研究結果如下：鑄態(tài)Mg-Sn-Zn-Ca合金由α-Mg基體、Mg2Sn相、CaMgSn相以及少量的α-Mg和Mg4Zn7的離異共晶組織組成。Sn元素增加可改善鑄態(tài)合金的樹枝晶組織,使合金等軸化；Mg2Sn相逐漸由彌散分布的顆粒狀析出物轉變?yōu)檠鼐Х植嫉牟贿B續(xù)的網狀析出物。Ca元素增加使具有更高的熱力學穩(wěn)定性的CaMgSn相的析出增多,并由片針狀逐漸向板條狀發(fā)生轉變,在一定程度上抑制Mg2Sn相的形成,使Mg2Sn相逐漸減少。Mg-5Sn-3Zn系列鑄態(tài)合金在熱壓縮過程中,材料的流變應力隨變形溫度的升高而降低,隨應變速率的升高而升高,為正應變速率敏感材料。熱壓縮后合金的第二相沿垂直于壓縮方向呈線性分布。相同溫度下,動態(tài)再結晶隨應變速率的降低而進行的更為充分,晶粒尺寸更為均勻。Ca元素對材料的低溫塑性產生不利影響,含量越高,影響越嚴重。200℃、300℃較低溫度下熱壓縮,合金應力峰值隨Ca含量的增加呈下降趨勢；400℃高溫狀態(tài)下,0.5 wt.% Ca元素的加入量對合金的力學性能有一定的改善作用。擠壓態(tài)Mg-Sn-Zn-Ca合金的微觀組織由鑄態(tài)的樹枝晶和粗大的等軸晶轉變?yōu)榧毿〉牡容S晶粒與較粗大的變形晶粒共存,并沿擠壓方向形成纖維組織,呈現(xiàn)為{0002}纖維織構,Sn, Ca含量的升高使織構強度逐步弱化。合金平均晶粒尺寸15～20 μm,Sn含量由3.5wt.%上升至5wt.%,合金的平均晶粒尺寸降低2-4 μtm；隨Ca含量增加,合金的平均晶粒尺寸先降低后升高。與鑄態(tài)相比,合金第二相的數(shù)量、尺寸下降,形狀和分布也發(fā)生改變。沿晶分布的不連續(xù)網狀Mg2Sn相轉變?yōu)榉植加诰鹊臉O細小的顆粒狀、不規(guī)則片狀或顆粒狀析出物；帶有花斑樣內部結構的球狀或不規(guī)則球狀的a-Mg和Mg4Zn7的離異共晶組織消失；片針狀或板條狀CaMgSn相轉變?yōu)檩椛浠钗龀鑫锖蛿嗔鸦蛩榱训陌鍡l狀析出物以及碎斷后細小的片針狀析出物。所有析出物均沿擠壓方向呈線性分布。固溶處理后合金的晶粒尺寸上升至20～25μm；原有的粗大的變形晶粒被長大的再結晶晶粒取代,尺寸更為均勻；合金中第二相基本呈彌散分布。時效后合金的晶粒尺寸較單純固溶處理后的更為均勻,而第二相尺寸細小、彌散分布在合金內。擠壓后合金的硬度約53-59 HV0.1、抗拉強度264～279 MPa、延伸率15.19%～21.85%,Ca元素使合金的硬度值上升,隨Ca含量的增加抗拉強度先上升后下降,延伸率逐步降低。固溶和時效可顯著提升Mg-Sn-Zn合金硬度,但時效使Mg-Sn-Zn-Ca合金的硬度值降低。對熱擠壓后的合金進行固溶和時效處理,合金抗拉強度無明顯提升,延伸率有所下降。
【關鍵詞】：Mg-Sn-Zn-Ca合金 真空感應熔煉 熱擠壓 顯微組織 力學性能
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.22
【目錄】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-16
• 第一章 緒論16-28
• 1.1 引言16
• 1.2 鎂及鎂合金概述16-20
• 1.2.1 鎂及鎂合金的性質16-17
• 1.2.2 鎂及鎂合金的研究與發(fā)展現(xiàn)狀17
• 1.2.3 鎂合金的主要應用17-20
• 1.3 鎂的合金化20-22
• 1.4 鎂合金的擠壓成型工藝22-25
• 1.4.1 擠壓成型工藝的特點22-24
• 1.4.2 擠壓成型工藝的工藝參數(shù)24-25
• 1.5 鎂合金的熱處理工藝25-27
• 1.5.1 退火處理25-26
• 1.5.2 固溶處理26
• 1.5.3 固溶處理+人工時效26-27
• 1.6 課題研究內容及意義27-28
• 第二章 實驗材料和實驗方法28-32
• 2.1 實驗方案28-29
• 2.2 合金的制備與處理工藝29-30
• 2.2.1 合金的熔煉29
• 2.2.2 合金的熱處理29
• 2.2.3 合金的擠壓29-30
• 2.2.4 合金的熱壓縮實驗30
• 2.3 微觀組織分析30-31
• 2.3.1 金相觀察(OM)30
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡觀察(SEM)30
• 2.3.3 X射線衍射分析(XRD)30-31
• 2.4 力學性能測試31-32
• 2.4.1 拉伸力學性能測試31
• 2.4.2 硬度測試31-32
• 第三章 鑄態(tài)Mg-Sn-Zn-Ca合金微觀組織的研究32-51
• 3.1 合金成分設計32-35
• 3.2 鑄態(tài)合金的組織及相組成35-50
• 3.2.1 鑄態(tài)合金的金相組織研究35-38
• 3.2.2 鑄態(tài)合金的XRD分析38-39
• 3.2.3 鑄態(tài)合金的SEM觀察及EDS分析39-50
• 3.3 本章小結50-51
• 第四章 Mg-Sn-Zn-Ca合金熱壓縮變形行為及組織的研究51-60
• 4.1 前言51
• 4.2 實驗準備及相關參數(shù)51-52
• 4.3 應力-應變曲線52-56
• 4.4 熱壓縮對合金組織的影響56-59
• 4.5 本章小結59-60
• 第五章 熱擠壓Mg-Sn-Zn-Ca合金顯微組織與力學行為研究60-88
• 5.1 變形方式的選擇60
• 5.2 擠壓工藝對Mg-Sn-Zn-Ca合金組織的影響60-74
• 5.2.1 工藝參數(shù)的確定60-62
• 5.2.2 擠壓變形后Mg-Sn-Zn-Ca合金的顯微組織62-74
• 5.3 熱處理工藝對擠壓態(tài)Mg-Sn-Zn-Ca合金組織的影響74-79
• 5.3.1 固溶處理對擠壓態(tài)Mg-Sn-Zn-Ca合金組織的影響74-76
• 5.3.2 固溶+時效處理對擠壓態(tài)Mg-Sn-Zn-Ca合金組織的影響76-79
• 5.4 熱處理前后擠壓態(tài)Mg-Sn-Zn-Ca合金力學性能的研究79-82
• 5.4.1 熱處理前后擠壓態(tài)Mg-Sn-Zn-Ca合金顯微硬度的研究79-81
• 5.4.2 熱處理前后擠壓態(tài)Mg-Sn-Zn-Ca合金拉伸性能的研究81-82
• 5.5 擠壓態(tài)Mg-Sn-Zn-Ca合金織構的研究82-86
• 5.6 本章小結86-88
• 第六章 結論88-90
• 參考文獻90-96
• 致謝96-98
• 附錄Ⅰ 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其他成果98-100
• 學位論文評閱及答辯情況表100

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