【摘要】：AZ91作為應(yīng)用最為廣泛的鎂合金之一,具有密度小、比強(qiáng)度、比剛度高、電磁屏蔽能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于冶金、化工、電子、核工業(yè)、汽車及航天航空等領(lǐng)域。然而其活潑的化學(xué)性質(zhì),網(wǎng)狀的β-Mg_(17)Al_(12)相使得鎂合金的強(qiáng)度較低,耐腐蝕性、耐磨損性不佳,限制了材料的使用。本文采用高能超聲、熱擠壓、稀土變質(zhì)及熱處理等工藝提升了材料的性能并研究稀土Pr及熱處理對(duì)AZ91鎂合金的組織與性能影響。研究結(jié)果表明:稀土Pr能顯著細(xì)化AZ91鎂合金的微觀組織。稀土Pr的加入使得網(wǎng)狀β-Mg_(17)Al_(12)相開(kāi)始斷裂,出現(xiàn)彌散分布組織,且生成了生成的條狀A(yù)l_(11)Pr_3、塊狀A(yù)l_6Mn_6Pr相。當(dāng)Pr添加量達(dá)到1.0wt.%時(shí),合金組織最為細(xì)小且分布均勻。熱擠壓使合金晶粒被壓碎、拉長(zhǎng),晶粒尺寸更加細(xì)小均勻并按一定方向排列,β-Mg_(17)Al_(12)相尺寸由10μm進(jìn)一步下降到2μm。擠壓態(tài)AZ91鎂合金的機(jī)械性能隨著稀土Pr的加入而顯著提升,當(dāng)稀土Pr添加量達(dá)到1.0wt.%是AZ91鎂合金的極限抗拉強(qiáng)度、延伸率、硬度均達(dá)到最大值分別為359MPa、15.3%、95.0HV,相比于基體合金提升了20.5%、26.0%、18.5%。其機(jī)械性能的提升主要?dú)w因于晶粒的細(xì)化和生成了堅(jiān)硬的Al_(11)Pr_3、Al_6Mn_6Pr金屬間化合物。拉伸斷口分析表明,未變質(zhì)的擠壓態(tài)AZ91鎂合金的斷裂方式為準(zhǔn)解理斷裂,稀土Pr變質(zhì)后材料的斷裂方式以韌性為主。對(duì)稀土變質(zhì)后的擠壓態(tài)AZ91鎂合金進(jìn)行摩擦磨損實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:隨著外加載荷的增加,AZ91-Xwt.%Pr鎂合金的磨損率逐漸增加,摩擦系數(shù)逐漸降低。稀土Pr的添加不僅降低合金材料的磨損率,也使摩擦系數(shù)更為穩(wěn)定,有效地延緩了鎂合金向嚴(yán)重磨損的轉(zhuǎn)變。在60N的外加載荷下,AZ91-1.0wt.%Pr鎂合金磨損率與摩擦系數(shù)分別為2.35×10~(-5)g/m、0.217,相比于基體分別降低了50.1%、33.0%。但當(dāng)稀土添加過(guò)量時(shí),反而會(huì)使磨損量、摩擦系數(shù)出現(xiàn)反彈,但仍優(yōu)于未變質(zhì)的基體鎂合金。30N的外加載荷下,未變質(zhì)的鎂合金磨損機(jī)制為輕度剝層磨損和磨粒磨損,而AZ91-1.0wt.%Pr鎂合金的磨損機(jī)制為磨粒磨損。載荷增加到90N時(shí),AZ91-1.0wt.%Pr鎂合金的磨損機(jī)制轉(zhuǎn)變?yōu)閯儗幽p。固溶溫度對(duì)AZ91鎂合金有顯著的影響。隨著固溶溫度的升高,晶界處的β-Mg_(17)Al_(12)相逐漸融入α-Mg基體相中形成過(guò)飽和固溶體。在410℃下,合金的晶粒最為細(xì)小,顯微硬度達(dá)到最高,過(guò)高的固溶溫度會(huì)導(dǎo)致晶粒粗化。在410℃下,隨著固溶時(shí)間的延長(zhǎng),晶界處的β-Mg_(17)Al_(12)相基本融入α-Mg基體相并分散均勻。固溶時(shí)間過(guò)長(zhǎng)合金組織會(huì)長(zhǎng)大甚至出現(xiàn)過(guò)燒。合金最佳固溶工藝為410℃+6h。在最佳固溶溫度下繼續(xù)時(shí)效處理,結(jié)果表明材料硬度隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先上升在下降的趨勢(shì),硬度測(cè)試結(jié)果表明材料最佳時(shí)效工藝為200℃+20h。擠壓態(tài)AZ91-1.0wt.%Pr鎂合金在最佳固溶時(shí)效工藝下顯微硬度可達(dá)到126.7HV,較未經(jīng)熱處理工藝的擠壓態(tài)AZ91-1.0wt.%Pr鎂合金提升33.4%。
【圖文】：

通過(guò)高能超聲可獲得組織均勻的稀土鎂合金，分析不同含量變質(zhì)作用，探討熱處理工藝對(duì)鎂合金的作用，提升鎂合金的機(jī)情況下的磨損情況，拓寬鎂合金的應(yīng)用前景，使我國(guó)鎂資源揮。及鎂合金概況及鎂合金的性質(zhì)子周期表中，鎂屬于ⅡA 族堿土金屬，其原子序數(shù)是 12[14]。密排六方結(jié)構(gòu)，無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，如圖 1.1 所示。由于鎂非常因此在自然界中不存在單質(zhì)鎂，一般以化合物的形式存在。氧氣，水蒸氣等物質(zhì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)。金屬鎂為銀白色眼的白光，因此也可用于煙花和照明彈[15]。表 1.1 為純鎂的基

在鎂基復(fù)合材料的制備中，高能超聲可大幅度提升稀土添加相與金屬熔體之間的潤(rùn)濕性，并使稀土添加相在熔體中分散更加均勻，消除了直接機(jī)械攪拌法所帶來(lái)的缺陷。凌李石保[28]等討論了高能超聲對(duì)鎂基復(fù)合材料的分散機(jī)理，并得出高能超聲使 SiCp在 AZ31 熔體中均勻分散，并在保持 AZ31 高延伸率的前提下，使得其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度大幅度提升。華群[29]利用高能超聲制備了Al2Sm/AZ61 耐熱鎂合金。實(shí)驗(yàn)以超聲時(shí)間、超聲功率為變量研究了高能超聲對(duì)Al2Sm/AZ61 微 觀 組 織 和 機(jī) 械 性 能 的 影 響 。 圖 1.2 是 不 同 超 聲 功 率 對(duì)AZ61-2.0wt.%Sm 的擠壓態(tài)顯微組織的影響。研究發(fā)現(xiàn)：高能超聲產(chǎn)生的高溫高壓擊碎了網(wǎng)狀的 Mg17Al12相和 Al2Sm 相，其中 Al2Sm 增強(qiáng)相的尺寸由未超聲時(shí)的 13μm 減小為 6μm，提高了合金的機(jī)械性能。JP Li[30]等研究了超聲波對(duì)普通鑄軋鎂合金帶的顯微組織的影響，結(jié)果表明：一般鑄軋鎂合金帶的細(xì)胞枝晶粗大，晶粒結(jié)構(gòu)不均勻，平均晶粒直徑在 50μm 60μm 之間。然而，，經(jīng)過(guò)鑄軋鎂帶超聲波處理后晶粒組織更加均勻，晶粒細(xì)化，平均晶粒直徑在 20μm 30μm之間。另外，機(jī)械性能測(cè)試結(jié)果表明，相比于普通鑄軋鎂合金，超聲波制備鎂合金的拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別提高了 22.85%，49.78%和 123.06%。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.22

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃文先;閆洪;;高能超聲與稀土釔復(fù)合作用對(duì)AZ91鑄態(tài)組織的影響[J];稀有金屬材料與工程;2013年11期

2 閆洪;吳慶捷;黃昕;;鉺對(duì)Mg_2Si/AM60鎂基復(fù)合材料力學(xué)性能及耐蝕性能的影響[J];塑性工程學(xué)報(bào);2011年05期

3 吳慶捷;閆洪;;超聲作用下原位反應(yīng)制備Mg_2Si/AM60復(fù)合材料的顯微組織[J];機(jī)械工程材料;2011年07期

4 郭鋒;劉瑞霞;李鵬飛;劉亮;;電解液中的稀土對(duì)AZ91D鎂合金微弧氧化陶瓷層的影響[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2011年02期

5 胡志;閆洪;聶俏;周國(guó)華;劉曉亮;;擠壓態(tài)AZ61鎂合金磨損性能研究[J];特種鑄造及有色合金;2011年02期

6 辛仁龍;劉慶;;鎂合金塑性變形力學(xué)行為與微觀組織研究進(jìn)展[J];中國(guó)材料進(jìn)展;2011年02期

7 詹美燕;李春明;尚俊玲;;鎂合金的塑性變形機(jī)制和孿生變形研究[J];材料導(dǎo)報(bào);2011年03期

8 郭言炎;林志塤;蔣海燕;吳國(guó)華;;擠壓工藝對(duì)ME20M鎂合金組織和力學(xué)性能的影響[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2011年01期

9 孟贏;劉海峰;佟國(guó)棟;;Pr對(duì)AZ91壓鑄鎂合金耐腐蝕性能的影響[J];汽車工藝與材料;2010年12期

10 凌李石保;閆洪;胡志;;SiCp/AZ31鎂基納米復(fù)合材料的高能超聲制備及性能[J];塑性工程學(xué)報(bào);2010年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 盧立偉;鎂合金擠壓變形的組織性能與工藝研究[D];重慶大學(xué);2012年

2 楊曉紅;鎂合金的稀土元素合金化及復(fù)合材料研究[D];吉林大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 付東明;表面機(jī)械研磨處理對(duì)AZ31變形鎂合金摩擦磨損性能的影響[D];南昌大學(xué);2015年

2 華群;超聲原位制備耐熱鎂合金及其力學(xué)性能研究[D];南昌大學(xué);2014年

3 陳小會(huì);原位合成Al-Ti金屬間化合物增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制備研究[D];南昌大學(xué);2011年

4 鞠新慶;AM60B鎂合金磨損行為的研究[D];江蘇大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2608295