發(fā)布時間：2019-08-06 10:57

【摘要】：Mg-Mn系合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性能,良好的高溫蠕變性能,較高的阻尼性能和優(yōu)良的焊接性能,且成本低,適合大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用,正發(fā)展成為一種性能優(yōu)異的新型鎂合金。但是,由于元素Mn在基體α-Mg中的固溶度極低,細化鎂合金微觀組織的效果不明顯。合金在擠壓變形后,微觀組織較為粗大,且晶粒取向分布趨向于較強的基面織構(gòu),導(dǎo)致合金的室溫力學(xué)性能較差。本文采用金相分析、掃描電子顯微鏡、電子能譜、X射線衍射儀、電子背散射衍射、透射電子顯微鏡和力學(xué)性能測試等方法,研究了元素Mn對Mg-Mn合金組織及性能的影響,探討了Mg-Mn合金的晶粒細化機制、再結(jié)晶機制以及強韌化機制,優(yōu)化了合金成分;基于Mg-Mn系合金的研究結(jié)果,研究了擠壓溫度對Mg-1Mn合金組織及性能的影響,探討了合金的再結(jié)晶機制和強韌化機制,并研究了Mg-1Mn合金的熱壓縮流變行為以及本構(gòu)方程,優(yōu)化了合金的熱加工工藝;基于Mg-1Mn變形合金的研究結(jié)果,研究了合金元素Al和Y對Mg-1Mn合金組織及性能的影響,探討了合金的晶粒細化機制、再結(jié)晶機制以及強韌化機制,優(yōu)化了合金成分。主要得到以下結(jié)果:①Mg-Mn系鑄造合金的相組成主要為基體α-Mg和析出相α-Mn。隨著元素Mn含量的增加,合金中α-Mn析出相的數(shù)量明顯增多,合金的晶粒大小顯著減小。Mg-Mn系合金的室溫屈服強度隨著Mn元素含量的增加而顯著提高。其中,Mg-3Mn合金的屈服強度、抗拉強度和拉伸延伸率分別為34MPa、98MPa和5.6%。經(jīng)過計算,細晶強化和析出強化是提高合金強度的主要因素。②Mg-Mn系合金在較低溫度下擠壓變形后,微觀組織顯著細化且再結(jié)晶完全。隨著元素Mn含量的增加,合金的再結(jié)晶晶粒大小顯著減小,合金的室溫屈服強度顯著提高。結(jié)果表明,當合金中元素Mn含量為1wt.%時,合金的基面織構(gòu)較強,不利于基面滑移系的開動,因而具有較高的屈服強度(204MPa)。此外,合金的微觀組織顯著細化,降低了柱面滑移系的臨界剪切應(yīng)力,有利于柱面滑移系的開動,提高了合金的室溫塑性(38.8%)。當合金中元素Mn含量達到3wt.%后,合金中第二相Mn單質(zhì)顆粒析出數(shù)量顯著增多,且微觀組織明顯細化,合金具有較高的室溫屈服強度(213MPa),同時合金中的第二相Mn單質(zhì)顆粒在合金變形過程中誘導(dǎo)了合金再結(jié)晶晶粒的形核,弱化了合金的基面織構(gòu),有利于基面滑移系的啟動,表現(xiàn)出較好的室溫塑性,其最大延伸率達到了29.9%。因此,Mg-1Mn合金具有較為優(yōu)異的綜合室溫力學(xué)性能。③在擠壓態(tài)Mg-Mn系合金中,研究了α-Mn析出相的析出形貌,以及同Mg基體之間的位相關(guān)系。結(jié)果表明,大量彌散析出的球狀α-mn相沿著mg基體的基面析出,與鎂基體之間為共格關(guān)系,其位相關(guān)系為:(0001)mg//(111)mn,[2110]mg//[011]mn。④mg-1mn合金在不同擠壓溫度下,合金的晶粒大小隨著擠壓溫度的升高而明顯粗大,合金中α-mn析出相的數(shù)量也相應(yīng)增多,基面織構(gòu)明顯弱化。合金在較低溫度下擠壓變形后,由于合金的微觀組織顯著細化,表現(xiàn)出良好的室溫綜合力學(xué)性能。其中,合金在250℃擠壓變形后,屈服強度、抗拉強度和拉伸塑性分別為204mpa、234mpa和38.8%;合金在300℃擠壓變形后,屈服強度、抗拉強度和拉伸塑性分別為191mpa、224mpa和32.4%。合金在較高溫度下擠壓變形后,由于合金的微觀組織較為粗大,導(dǎo)致合金的屈服強度和塑性較低。其中,合金在350℃擠壓變形后,屈服強度、抗拉強度和拉伸塑性分別為154mpa、248mpa和11.7%;合金在400℃擠壓變形后,屈服強度、抗拉強度和拉伸塑性分別為185mpa、234mpa和9.6%。⑤采用熱模擬實驗研究了mg-1mn合金的熱壓縮行為,計算了合金的熱變形參數(shù),確定了合金的本構(gòu)方程。⑥mg-xal-1mn(x=1,3,6,9)系鑄造合金的相組成中隨著元素al含量的增加而變化。其中am11合金的相組成主要為基體α-mg和析出相al8mn5和al11mn4相,am31、am61和am91合金的相組成主要為基體α-mg和析出相al4mn和mg17al12相,且mg17al12析出相的數(shù)量隨al含量的增加而明顯增多,合金的晶粒大小隨著元素al的添加而顯著減小。mg-xal-1mn(x=0,1,3,6,9)系鑄造合金的室溫屈服強度隨著al元素含量的增加而明顯提高。其中,am91合金具有較高的屈服強度(123mpa)。經(jīng)計算,析出強化和細晶強化是提高am91合金屈服強度的主要因素。⑦mg-xal-1mn(x=1,3,6,9)系擠壓態(tài)合金中,元素al含量低于6wt.%時,合金未完全再結(jié)晶。其中,am11合金中未再結(jié)晶區(qū)域較多,基面織構(gòu)較強,不利于基面滑移系的啟動,因而提高了合金的屈服強度。此外,合金中再結(jié)晶晶粒顯著減小,降低了柱面滑移系的臨界剪切應(yīng)力,有利于柱面滑移系的啟動,提高了合金的室溫塑性。因此,am11合金具有較為優(yōu)異的室溫綜合力學(xué)性能,其屈服強度、抗拉強度和室溫延伸率分別為250mpa、287mpa和21.4%。細晶強化和織構(gòu)強化是提高該合金強度的主要因素。合金中元素al含量高于6wt.%時,合金中析出的mg17al12相誘導(dǎo)了合金再結(jié)晶晶粒的形核,合金在擠壓過程中再結(jié)晶完全。同時,隨著元素al含量的增加,合金中mg17al12相的析出數(shù)量顯著增多,明顯阻礙了再結(jié)晶晶粒的長大,細化了合金的微觀組織,弱化了合金的基面織構(gòu),改善了合金的室溫力學(xué)性能。其中,am91合金的屈服強度、抗拉強度和室溫延伸率分別為205MPa、317MPa和16.1%。經(jīng)計算,細晶強化和析出強化是提高該合金強度的主要因素。⑧Mg-1Mn-xY(x=0.2,0.5,1.0)系擠壓態(tài)合金中,合金的相組成主要是基體α-Mg和析出相α-Mn和Mg24Y5相。隨著合金中元素Y含量的增加,合金中Mg24Y5析出相的數(shù)量明顯增多,合金的晶粒大小也顯著減小。當合金中Y含量為0.5wt.%時,合金晶粒的取向分布趨向于較強的基面織構(gòu)取向,當合金中Y含量達到1.0wt.%后,合金晶粒的取向較為隨機,基面織構(gòu)顯著弱化。此時,Mg-1Mn-0.5Y合金具有較高的強度和塑性,其屈服強度、抗拉強度和拉伸塑性分別為311MPa、321MPa和11.7%�？棙�(gòu)強化和細晶強化是提高該合金屈服強度的主要因素。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.22

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本文編號：2523509