本文關(guān)鍵詞：Ca、Ce對Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn合金組織和性能的影響

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【摘要】：近年來，世界上的發(fā)達國家已經(jīng)開始對鎂合金材料進行大力的開發(fā)和研究，由于鎂合金作為最輕結(jié)構(gòu)材料，，它的比強度，比剛度相對較高，阻尼性能和電磁屏蔽性能好，人們將鎂合金應(yīng)用在汽車、航天、軍工、電子元件、交通運輸、體育器材等領(lǐng)域上，更進一步加速了對鎂合金的研究與發(fā)展�，F(xiàn)階段，大多數(shù)鎂合金發(fā)展成熟的是Mg-Al系合金。但是，Mg-Al系合金中有大量的β-Mg17Al12相，使的Mg-Al系合金在常溫和高溫下的力學(xué)性能較差，而且在120℃以上時合金的力學(xué)性能會隨著溫度的增加而變的更差。使其在應(yīng)用方面受到了很大的限制。為了進一步的提高鎂合金的應(yīng)用性能，在本實驗中分別加入了堿土金屬Ca和稀有金屬Ce來改變鎂合金的性能。 本文以Mg-Sn-Al-Zn合金為基體，通過在合金中加入廉價的堿土金屬Ca和相對價格低廉的稀土金屬Ce，利用了光學(xué)顯微鏡（OM），X射線衍射儀（XRD），帶有能譜分析（EDS）的掃描電子顯微鏡（SEM）來觀察合金的微觀組織和分析強化機理。在力學(xué)性能方面采用了維氏硬度儀、電子萬能拉伸試驗機等分析手段來檢測合金的力學(xué)性能。通過對數(shù)據(jù)的分析，做出分析和解釋。本文進一步研究了Ca和Ce對Mg-Sn-Al-Zn合金組織的細化機理、強化作用。研究表明： 1）Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn合金主要由α-Mg、β-Mg17Al12和Mg2Sn構(gòu)成，且Mg2Sn主要分布在晶界處呈顆粒狀。 2）Ca和Ce金屬的分別加入到Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn合金中使的合金的晶粒的到了細化，顯著改變了合金的組織和性能，且當合金中Ca含量達到1%時，合金的晶粒達到了最小值，β-Mg17Al12相減少，合金中出現(xiàn)了Al2Ca相對晶粒長大起到了阻礙作用，合金的力學(xué)性能也達到了最佳狀態(tài)。但是當Ca繼續(xù)增加時合金的晶粒沒有進一步變小反而出現(xiàn)增大的現(xiàn)象。當Ce含量達到0.6%時合金的晶粒達到了最小值，合金中出現(xiàn)了棒狀的Al4Ce相在晶界處對晶粒的長大起到了阻礙作用，從而細化晶粒。但是當Ce含量繼續(xù)增加時合金的晶粒反而變大。 3）Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCa合金主要由α-Mg、Mg2Sn、MgZn、β-Mg17A112、Al2Ca、CaMgSn、Mg2Ca相構(gòu)成。其中Mg2Sn相主要是以球狀相出現(xiàn)在晶界處，Al2Ca相主要以骨骼狀或者魚骨狀出現(xiàn)在晶界處。Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCe合金的主要由α-Mg、β-Mg17Al12、Mg2Sn、MgZn、Al4Ce相組成。 4）隨著Ca和Ce元素分別加入后合金的常溫和高溫（200℃）拉升力學(xué)性能都是先升高后降低，維氏硬度先增大后減小，其中當Ca含量達到1%時合金的常溫和高溫拉伸性能達到了最佳狀態(tài)，抗拉強度分別為197MPa和116MPa，伸長率6.0%和10.9%，維氏硬度為62.0HV，當Ce含量達到0.6%時合金的常溫和高溫拉伸力學(xué)性能達到了最佳狀態(tài)，且合金的抗拉強度達到了227MPa和131MPa，伸長率為5.3%和13.9%，維氏硬度為66.58HV。 5）從合金的斷口分析可以得出在不加入Ca或者Ce時Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn合金的拉伸斷口為典型的脆性斷裂，合金的拉伸斷口多是撕裂棱和河流花樣組成,是典型的穿晶脆性斷裂，當加入Ca或者Ce金屬后的拉伸斷口從圖中可以看出斷口處有明顯的撕裂棱出現(xiàn)，并且在局部還可以觀察到有少量的韌窩出現(xiàn)，說明了Mg-2.2Sn-Al-0.5Zn鎂合金在加入Ca或者Ce后合金的韌性有所改善，但是繼續(xù)增加Ca或者Ce金屬后合金的斷裂圖像又顯示為脆性斷裂。
【關(guān)鍵詞】：Mg-Sn合金 堿金屬Ca 稀土Ce 顯微組織 力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.22
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-28
• 1.1 引言12
• 1.2 鎂及鎂合金的概述12-16
• 1.2.1 純鎂的特點和性質(zhì)12-14
• 1.2.2 鎂合金的特點和性質(zhì)14-16
• 1.3 鎂的合金化及合金元素的作用16-21
• 1.4 鎂合金的強化機理21-24
• 1.4.1 沉淀（析出）強化21-22
• 1.4.2 彌散強化22
• 1.4.3 細晶強化22-23
• 1.4.4 形變強化23
• 1.4.5 復(fù)合強化23-24
• 1.5 鎂合金的熱處理工藝24-26
• 1.5.1 退火24
• 1.5.2 固溶和時效24-26
• 1.6 論文選題和研究內(nèi)容26-28
• 1.6.1 論文的選題26-27
• 1.6.2 研究內(nèi)容27-28
• 第二章 實驗準備過程及研究方法28-38
• 2.1 技術(shù)路線28-29
• 2.2 實驗室合金的優(yōu)化設(shè)計29
• 2.3 試驗合金的制備29-33
• 2.3.1 合金成分確定29-30
• 2.3.2 熔煉設(shè)備30-32
• 2.3.3 鎂合金的溶煉及澆注32-33
• 2.4 顯微組織表征及分析33-35
• 2.4.1 金相組織觀察33-34
• 2.4.2 SEM 分析34
• 2.4.3 XRD 物相分析34-35
• 2.5 合金力學(xué)性能測試35-38
• 2.5.1 室溫力學(xué)性能的測試35-36
• 2.5.2 高溫力學(xué)性能的測試36-38
• 第三章 Ca 含量對 Mg-2.2Sn-1Al -0.5Zn 合金的顯微組織和力學(xué)性能的研究38-48
• 3.1 引言38
• 3.2 Mg-2.2Sn -1Al -0.5Zn-xCa 合金的顯微組著分析38-43
• 3.2.1 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCa 合金的鑄態(tài)顯微組織38-39
• 3.2.2 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCa 合金的 XRD 圖譜39-40
• 3.2.3 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCa 合金的 SEM 分析照片40-41
• 3.2.4 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCa 合金的 EDS 能譜分析41-43
• 3.3 Ca 含量對 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn 合金的鑄態(tài)力學(xué)性能的影響43-45
• 3.3.1 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCa 合金的維氏硬度分析43
• 3.3.2 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCa 合金的拉伸力學(xué)性能分析43-45
• 3.4 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCa 合金拉伸斷口的分析45-47
• 3.5 小結(jié)47-48
• 第四章 Ce 含量對 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn 合金顯微組織和力學(xué)性能的影響48-56
• 4.1 引言48
• 4.2 稀土 Ce 對 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn 合金的鑄態(tài)顯微組織的影響48-52
• 4.2.1 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCe 合金的鑄態(tài)顯微組織48-49
• 4.2.2 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCe 合金的 XRD 圖譜49-50
• 4.2.3 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCe 合金的 SEM 分析照片50-52
• 4.3 稀土 Ce 對 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn 合金的鑄態(tài)力學(xué)性能的影響52-54
• 4.3.1 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCe 合金的維氏硬度分析52-53
• 4.3.2 Mg-2.2Sn-1Al-0.5Zn-xCe 合金的拉伸力學(xué)性能分析53-54
• 4.4 合金的拉伸斷口形貌觀察54-55
• 4.5 小結(jié)55-56
• 第五章 結(jié)論56-58
• 參考文獻58-64
• 致謝64-66
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄66

【參考文獻】

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本文編號：1101441