【摘要】：作為最輕的工程結構金屬材料,鎂合金擁有低密度、高比強度和比剛度、易回收等諸多優(yōu)異性能,在航空、航天、汽車以及通訊等領域的應用前景受到了廣泛的關注,與鑄造鎂合金相比,通過擠壓或者軋制等塑性成形方法加工后,變形鎂合金表現(xiàn)出了更加優(yōu)異的力學性能。近些年,國內外學者對Mg Al Zn系鎂合金開展了大量的研究工作,特別是通過大變形方法(如攪拌摩擦、等通道擠壓、高壓扭轉等)制備超細晶Mg Al Zn合金。這些通過大變形方法制備的超細晶合金表現(xiàn)出較高的強度,但是塑性普遍較差。隨著合金元素含量增加,變形難度增加;有關高合金含量鎂合金塑性加工的研究相對較少,而已報道的高合金含量Mg Al Zn系鎂合金表現(xiàn)出較高的強度和塑性。因此,通過合金成分設計與優(yōu)化,采用擠壓和軋制手段制備新型高強韌性(高強度和高塑性)高合金含量鎂合金,有利于拓展鎂合金在工業(yè)上的應用。本文設計和制備了新型高合金含量Mg Al Zn系變形鎂合金,研究了合金的組織特征與力學性能,優(yōu)化了合金成分;重點討論了組織與力學性能之間的關系,揭示了合金的強韌化機制,得出的主要結論有:(1)通過新型襯板軋制方法制備出具有均勻細晶組織的AZ75合金,其平均晶粒尺寸為~6μm;發(fā)現(xiàn)該合金組織中均勻地分布著大量微米(1 3μm)和納米級(50 200 nm)的球形Mg17(Al,Zn)12析出相;合金表現(xiàn)出較高的室溫拉伸性能,其抗拉強度(ultimate tensile strength,UTS)、屈服強度(Yield strength,YS)和延伸率分別達到了~345 MPa、~218 MPa和~19%。(2)基于強化理論簡化模型計算研究了襯板軋制AZ75合金中細晶強化、第二相強化和固溶強化對合金YS的貢獻值,揭示出細晶強化為該合金在室溫拉伸時的主要強化機制;發(fā)現(xiàn)該合金表現(xiàn)出較高的加工硬化能力,主要歸因于合金中Zn、Al固溶原子和大量均勻分布的納米球形Mg17(Al,Zn)12析出相以及弱的織構。(3)揭示了襯板軋制AZ75合金在不同溫度下的變形機制;發(fā)現(xiàn)150°C拉伸時,主要變形機制為位錯攀移;在300°C拉伸時,晶界滑移主導了變形,大量Mg17(Al,Zn)12析出相偏聚在晶界處抑制晶粒長大,提高了合金細晶組織的熱穩(wěn)定性,促進了晶界滑移,合金的斷裂應變達到了~615%;而在350°C拉伸時,Mg17(Al,Zn)12析出相溶解到鎂基體中,造成了晶粒尺寸的異常長大,導致了合金斷裂應變明顯降低。(4)對比擠壓AT82 x Zn(x:0~1.5 wt.%)合金的組織以及力學性能,發(fā)現(xiàn)Zn元素的添加,細化了擠壓AT82合金的晶粒尺寸,提高了合金中第二相(Mg2Sn和Mg17Al12)的數(shù)量,提高了合金的拉伸性能;優(yōu)化出了較佳的合金成分,擠壓AT82 1.0Zn合金的UTS、YS和延伸率分別達到了~357MPa、~198MPa和~19%。(5)揭示了合金屈服強度的提高主要歸因于合金組織中細小的Mg2Sn和Mg17Al12析出相數(shù)量增加所引起的析出強化效果提高以及Zn元素固溶強化;闡明了AT82 Zn合金具有高UTS和塑性的原因為合金組織中Zn元素的固溶和大量彌散分布細小的Mg2Sn和Mg17Al12析出相導致的合金加工硬化能力提高。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.22
【圖文】：

圖 1.1 (a) 襯板軋制 AZ91 合金的 EBSD 組織；(b, c) 粗晶和細晶的微觀極圖[27]Fig. 1.1 Typical FESEM-OIM maps taken in the RD TD plane of the HPRedAZ91 sheet; (b, c) are the microtextures of the coarse and fine grains,respectively[27]在薄板應用方面，超塑性成型 (Superplastic forming，SPF) 是一種有效的方法，能夠將難變形的材料加工成復雜的形狀。目前，國內外研究表明在金屬材料中獲得超塑性需要兩個主要的先決條件，包括細小的晶粒尺寸 (晶粒尺寸小于 10 μm) 與高溫時細晶結構的熱穩(wěn)定性，二者缺一不可[28, 29]。近期的研究表明在晶界處析出的第二相，能夠通過釘扎作用阻礙晶界運動，進而有效地增強了高溫拉伸變形過程中晶粒尺寸的熱穩(wěn)定性[30, 31]。例如，韓國弘益大學 Kim 等人[30]報道了一種采用高比差速軋制法制備的AZ91 合金，在拉伸溫度為 300 °C 以及應變速度為 1×10-3s 1條件下，其延伸率達到了830%，表現(xiàn)出較高的超塑性。顯微組織分析表明，在晶粒處通過動態(tài)析出形成的Mg17Al12相，促進了細晶組織的形成，并且提高了細晶組織的熱穩(wěn)定性，進而使合金

金化是改善鎂合金力學性能的有效途徑之一。向形成高熔點 (771.5 °C) 的 Mg2Sn 相，其高溫熱穩(wěn)礙位錯滑移，進而提高鎂合金的強度以及高溫抗表明高合金含量 Mg Al Sn Zn 合金在發(fā)展成為高[36]。例如，日本國家材料科學研究所 Sasaki[35]等n 1.0Al 1.2Zn (wt.%) 擠壓合金，其 YS、UTS 以及 12% (圖 1.2)。然而，當過量添加 Sn 元素時，合2Sn 第二相，這些第二相在拉伸變形過程中能夠造致合金的塑性降低。因此，需要考慮添加適量的g2Sn 析出相，又能避免形成粗大的 Mg2Sn 析出相降低。

第 1 章 緒論促進晶粒細化；由于合金中 Zn 元素完全溶入了鎂基體中，其表現(xiàn)出較強的固溶強化效果；在細晶強化、彌散強化、析出強化以及固溶強化的綜合作用下，擠壓Mg 8Al 4Sn 2Zn 合金的 UTS、YS 以及延伸率分別達到了 369MPa、328MPa 和 9.1%如圖 1.4 所示。

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 姚素娟 ,張英 ,褚丙武 ,梁冬梅;鎂及鎂合金的應用與研究[J];世界有色金屬;2005年01期

本文編號：2775687