【摘要】：鎂合金是工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,具有密度低、比強(qiáng)度較高和阻尼減震性能良好等優(yōu)點(diǎn),但仍存在強(qiáng)度較低,室溫塑性、熱成形能力差等缺點(diǎn)。目前的高稀土含量鎂合金雖然改善了鎂合金的力學(xué)性能,但稀土元素昂貴的價(jià)格限制了其廣泛應(yīng)用。因此,亟待開(kāi)發(fā)綜合力學(xué)性能較高、成本較低的低稀土鎂合金。本文利用Zn元素替代部分稀土元素,設(shè)計(jì)了一種新型低稀土高強(qiáng)鎂合金Mg-7Gd-5Zn-0.5Ca-0.2Sr(wt.%),通過(guò)熱處理過(guò)程中形成多種析出相達(dá)到強(qiáng)化合金的目的。通過(guò)化學(xué)成分測(cè)試、力學(xué)性能及微觀組織分析研究了鑄造態(tài)、均勻化退火態(tài)及時(shí)效態(tài)下該材料的力學(xué)性能及微觀組織;通過(guò)不同溫度及應(yīng)變率條件下的熱壓縮實(shí)驗(yàn),研究了該材料的高溫力學(xué)行為及組織演變規(guī)律,并擬合了熱塑性本構(gòu)方程及熱加工圖,為其工程化應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。主要結(jié)論如下:(1)合金鑄錠邊緣區(qū)域組織呈現(xiàn)出樹(shù)枝狀結(jié)晶特征,心部組織近等軸狀,表明中心區(qū)域組織更趨近平衡態(tài)。合金相成分主要為α-Mg基體和MgZn2共晶組織。合金抗拉強(qiáng)度為85MPa,屈服強(qiáng)度為82MPa,斷裂應(yīng)變?yōu)?.1%。(2)該合金的最佳均勻化退火工藝為480℃C/6h/空冷。經(jīng)均勻化退火處理后,合金組織發(fā)生了明顯變化,析出了 W相(Mg3Zn3Gd2),力學(xué)性能明顯優(yōu)于鑄態(tài)合金的力學(xué)性能,平均抗拉強(qiáng)度為141.5MPa,平均屈服強(qiáng)度為102.5MPa,平均斷裂應(yīng)變?yōu)?.45%。(3)在變形溫度573～673 K、應(yīng)變速率0.001～1s-1范圍內(nèi)進(jìn)行壓縮時(shí),在相同應(yīng)變速率下,溫度越高,合金的流變應(yīng)力越低,越容易發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶;在相同溫度下,應(yīng)變速率越高,流變應(yīng)力越高,在低溫和高應(yīng)變速率時(shí)試樣發(fā)生斷裂。表明該合金在熱壓縮過(guò)程中具有較為明顯的應(yīng)變速率和變形溫度敏感性。經(jīng)擬合獲得合金的塑性變形激活能Q值為395.39KJ/mol。從該合金的熱塑性變形加工圖可以看出,在606～723 K溫度、0.001～0.002s-1應(yīng)變速率范圍內(nèi)合金表現(xiàn)出較優(yōu)異的熱加工性。熱壓縮后合金組織顯著細(xì)化。(4)該合金的最佳時(shí)效工藝為200℃/40h/空冷,時(shí)效后合金硬度得到顯著提高,但其拉伸力學(xué)性能沒(méi)有明顯改善,表明此合金經(jīng)均勻化退火處理后即可工程化應(yīng)用。
【圖文】：

均勻化退火熱處理和時(shí)效實(shí)驗(yàn)），線切割表面即可，用于熱處理工藝。逡逑ｊ逡逑Ｉ邋Ｍ逡逑圖２－１合金熔煉設(shè)備及制得的鑄棒逡逑２．３熱處理工藝逡逑從鑄造態(tài)合金的中心部位切取若干個(gè)巾８ｘ６ｍｍ的試樣，在ＳＸ－Ｇ３０１０５箱逡逑式電阻爐（圖２－２）中進(jìn)行均勻化退火和時(shí)效熱處理。按照實(shí)驗(yàn)所需的均勻化退逡逑火處理溫度（３００°Ｃ、３５０°Ｃ、４００°Ｃ、４５０°Ｃ、４８０°Ｃ）和時(shí)效熱處理溫度（２００°Ｃ、逡逑２２５°Ｃ、２５０°Ｃ）設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度，待溫度上升到穩(wěn)定值后，逐次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，合金逡逑熱處理試樣如圖２－３所示。該型號(hào)爐額定溫度１０００°Ｃ，額定電壓３８０Ｖ，額定功逡逑率１２ＫＷ，升溫時(shí)間丨５ｍｉｎ，控溫精讀±５°Ｃ。在箱式電阻爐的操作過(guò)程中注意逡逑動(dòng)作要迅速，防止?fàn)t門啟動(dòng)的過(guò)程中時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成溫差較大影響實(shí)驗(yàn)精度。逡逑灥媝？Ｔ，岕邐：窗ｊ逡逑，邋＂Ｊ邐}瑁咤義蠠a毫ｊ邐．恀逡逑圖２－２邋ＳＸ－Ｇ３０Ｉ０５箱式電阻爐

２．３熱處理工藝逡逑從鑄造態(tài)合金的中心部位切取若干個(gè)巾８ｘ６ｍｍ的試樣，在ＳＸ－Ｇ３０１０５箱逡逑式電阻爐（圖２－２）中進(jìn)行均勻化退火和時(shí)效熱處理。按照實(shí)驗(yàn)所需的均勻化退逡逑火處理溫度（３００°Ｃ、３５０°Ｃ、４００°Ｃ、４５０°Ｃ、４８０°Ｃ）和時(shí)效熱處理溫度（２００°Ｃ、逡逑２２５°Ｃ、２５０°Ｃ）設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度，待溫度上升到穩(wěn)定值后，逐次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，合金逡逑熱處理試樣如圖２－３所示。該型號(hào)爐額定溫度１０００°Ｃ，額定電壓３８０Ｖ，額定功逡逑率１２ＫＷ，升溫時(shí)間丨５ｍｉｎ，控溫精讀±５°Ｃ。在箱式電阻爐的操作過(guò)程中注意逡逑動(dòng)作要迅速，，防止?fàn)t門啟動(dòng)的過(guò)程中時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成溫差較大影響實(shí)驗(yàn)精度。逡逑灥媝？Ｔ，岕邐：窗ｊ逡逑，邋＂Ｊ邐}瑁咤義蠠a毫ｊ邐．恀逡逑圖２－２邋ＳＸ－Ｇ３０Ｉ０５箱式電阻爐邐閣２－３熱處現(xiàn)試樣逡逑１３逡逑
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【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)】

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本文編號(hào)：2711477