【摘要】：本文通過光學(xué)顯微鏡(OM)、X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)觀察和分析了鑄態(tài)與擠壓態(tài)Mg-2Sn-xYb (x=0,0.1,0.5at.%)合金的組織。研究了合金在擠壓前后宏觀和微觀的組織演變；利用萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)測試了不同溫度和應(yīng)變速率下擠壓合金的拉伸力學(xué)性能，研究了合金在中等溫度(25°C~250°C)范圍下不同應(yīng)變速率的變形行為。通過干式磨損實(shí)驗(yàn)，測試了合金在不同載荷下的摩擦系數(shù)和磨損率，結(jié)合摩擦后試樣的表面形貌，探討了合金在不同載荷下的磨損機(jī)理。 本文具體的研究結(jié)果如下： 1.鑄態(tài)Mg-2Sn合金的顯微組織是由α-Mg基體、共晶相(α-Mg+Mg2Sn)及離異相Mg2Sn組成。鑄態(tài)Mg-2Sn-0.1Yb合金中并沒有形成新相，僅Mg2Sn相的體積分?jǐn)?shù)有所增多，而鑄態(tài)Mg-2Sn-0.5Yb合金中除了α-Mg相、Mg2Sn相外在晶界處還析出了Mg2(Sn,Yb)相，且隨著合金中Yb含量的增加，合金的晶粒尺寸明顯減小。擠壓后，合金發(fā)生明顯的動態(tài)再結(jié)晶，晶粒尺寸明顯細(xì)化，鑄態(tài)合金中的第二相也在擠壓過程中被壓碎，且沿著擠壓方向形成更細(xì)、更彌散的顆粒。拉伸測試結(jié)果表明，擠壓Mg-2Sn-0.5Yb合金板在室溫下顯示了最高的拉伸性能，其屈服強(qiáng)度、最大抗拉強(qiáng)度及延伸率分別為185MPa、259MPa和12%；而擠壓Mg-2Sn-0.1Yb合金板則在100°C、200°C時顯示了最高的拉伸性能。產(chǎn)生合金拉伸性能的差異主要?dú)w結(jié)為細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和Mg2Sn及Mg2(Sn,Yb)顆粒析出強(qiáng)化的不同作用。 2.擠壓Mg-2Sn-0.5Yb合金在溫度為25°C~250°C、應(yīng)變速率范圍為1×103s1~1×101s1的條件下進(jìn)行單向拉伸測試，并利用Kocks-Mecking型擬合數(shù)據(jù)表征了合金在不同階段的應(yīng)變硬化性能。結(jié)果顯示除了第III階段與第IV階段外，室溫時第II階段應(yīng)變硬化的缺失與擠壓過程中充分的動態(tài)再結(jié)晶有關(guān)。合金中位錯密度隨測試溫度增加而減少，導(dǎo)致合金屈服后的應(yīng)變硬化能力降低。應(yīng)變速率敏感性(SRS)隨溫度的增加而顯著增加，經(jīng)計(jì)算相應(yīng)的應(yīng)變速率敏感系數(shù)(m)的值為0.07~0.12，這表明合金在200°C時主要變形機(jī)制是攀移控制的位錯蠕變。在250°C時合金的晶界滑移(GBS)被激活，對應(yīng)于較高的SRS，合金的激活能計(jì)算為213.67kJmol1。此外，在測試溫度為250°C、應(yīng)變速率為1×103s1時，合金的拉伸延伸率為105%，表明合金具有準(zhǔn)超塑性行為。準(zhǔn)超塑性行為的發(fā)生主要與合金細(xì)而均勻的顯微組織及Mg2Sn、Mg2(Sn,Yb)顆粒的析出有關(guān)。 3.擠壓Mg-2Sn合金、擠壓Mg-2Sn-0.1Yb合金與擠壓Mg-2Sn-0.5Yb合金分別在20N~240N、20N~320N、20N~380N的載荷范圍下進(jìn)行盤銷式干滑移磨損試驗(yàn)，，配合端面為高碳鉻鋼盤。隨著載荷的增加合金顯示了不同的磨損率、摩擦系數(shù)及耐磨性。三種擠壓合金磨損表面發(fā)生了六種磨損機(jī)制，即磨粒磨損、黏著磨損、氧化磨損、剝離磨損、熱軟及熔融。三種擠壓合金的磨損行為是由干滑移過程中銷表層的顯微結(jié)構(gòu)及其磨損表面溫度升高時所展現(xiàn)出的高溫力學(xué)性能所控制。研究結(jié)果表明，擠壓Mg-2Sn-0.5Yb合金具有最佳耐磨性，這主要是由高體積分?jǐn)?shù)Mg2Sn顆粒的析出、熱穩(wěn)定Mg2(Sn,Yb)顆粒的形成及較高的高溫拉伸力學(xué)性能導(dǎo)致。
【圖文】：

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文代的優(yōu)點(diǎn)愈發(fā)凸顯。最近在我國根據(jù)各地的資源優(yōu)勢，目前已經(jīng)建設(shè)了的鎂合金基地，即以鎂合金汽車、摩托車制造為主的重慶，以信息和通主的青島、以汽車工業(yè)應(yīng)用為主的上海、以鎂合金壓鑄設(shè)備為主的深圳鎂礦開發(fā)為主的遼寧和以鹽湖鎂資源開發(fā)布局為主的寧夏，這些基地已對鎂合金的應(yīng)用開展了一些嘗試性的工作。我國的鎂合金行業(yè)更是隨著及 3C 等行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級及其在中國經(jīng)濟(jì)地位的顯著提升而迎來了加速

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文10圖1.3 (d)為(a)中紅色箭頭標(biāo)記的在晶界處直徑為100 nm ~ 200 nm球形析出相的電子衍射斑點(diǎn)，通過對比確定此析出相為 Mg2Sn，這種特殊的細(xì)晶結(jié)構(gòu)促使合金的拉伸強(qiáng)度及壓縮強(qiáng)度得以提高；Park[41]也通過對 Mg-Sn-Al-Zn 合金的擠壓工藝進(jìn)行研究，而進(jìn)一步證實(shí)了擠壓工藝可細(xì)化晶粒并使第二相 Mg2Sn 顆粒分布更均勻，從而同時提高合金的拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度；Tang 等人[42]指出鑄態(tài) Mg-5Sn-4Al 合金顯微組織中存在的細(xì)晶使其拉伸強(qiáng)度及延展性均得以提高，由此可以看出，細(xì)晶結(jié)構(gòu)可以提高 Mg-Sn-Al合金的強(qiáng)度及延展性，進(jìn)而解決由延展性不強(qiáng)導(dǎo)致的 Mg-Sn-Al 合金在低溫下很難變形的難題。影響鎂合金延展性的主要因素是本征晶體結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)和各向異性。鎂為密排六方晶體結(jié)構(gòu)，其滑移系很少，單晶鎂基面滑移系的剪應(yīng)力是其它滑移系剪應(yīng)力的 1/100
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.22

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊明波;潘復(fù)生;李忠盛;張靜;;Mg-Al系耐熱鎂合金中的合金元素及其作用[J];材料導(dǎo)報;2005年04期

2 G.W. Lorimer;J. Robson;;REVIEW ON RESEARCH AND DEVELOPMENT OF MAGNESIUM ALLOYS[J];Acta Metallurgica Sinica(English Letters);2008年05期

3 李錚,趙凱,邸洪雙,王國棟;雙輥鑄軋法生產(chǎn)變形鎂合金薄帶新工藝的研究[J];輕金屬;2003年12期

4 黃德明,劉紅梅,陳云貴,唐永柏,涂銘旌;耐熱鑄造鎂合金的研究應(yīng)用進(jìn)展[J];輕金屬;2005年08期

5 劉暢;周宏;孫廣平;孫娜;;稀土Y、Ce和Si對AM50合金鑄態(tài)及固溶處理組織的影響[J];熱加工工藝;2006年05期

6 徐杰;劉子利;沈以赴;劉仕福;;鎂合金焊接的研究與發(fā)展[J];宇航材料工藝;2006年01期

7 彭秋明;吳耀明;房大慶;孟健;王立民;;Microstructures and Properties of Melt-Spun and As-Cast Mg-20Gd Binary Alloy[J];Journal of Rare Earths;2006年04期

8 王卿;陳云貴;肖素芬;章曉萍;唐永柏;魏尚海;趙源華;;Study on microstructure and mechanical properties of as-cast Mg-Sn-Nd alloys[J];Journal of Rare Earths;2010年05期

9 張敏;張文征;祝國珍;余琨;;Crystallography of Mg_2Sn precipitates in Mg-Sn-Mn-Si alloy[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2007年06期

10 T. ABU LEIL;N. HORT;W. DIETZEL;C. BLAW ERT;Y. HUANG;K. U. KAINER;K. P. RAO;;Microstructure and corrosion behavior of Mg-Sn-Ca alloys after extrusion[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2009年01期

本文編號：2533726