【摘要】：近幾年來,隨著金屬制品在實(shí)際應(yīng)用中對結(jié)構(gòu)輕量化和節(jié)能減排的需求加劇,鎂合金的發(fā)展越來越重要,因?yàn)殒V合金的比強(qiáng)度和比剛度高、阻尼減振性好、具有較好的電磁屏蔽能力,在各類工業(yè)諸如航空航天,載具,3C產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)都越來越受到重視和應(yīng)用。但是鎂合金的強(qiáng)度偏低、在高溫下的力學(xué)性能較差、塑性較低、不易變形等,此類缺點(diǎn)導(dǎo)致鎂合金的大規(guī)模應(yīng)用受到限制。為了適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用,目前的鎂合金產(chǎn)品大多采用變形的方式達(dá)到使用目的,因?yàn)樽冃魏箧V合金可以消除一些鑄造缺陷,并且由于變形的緣故使其各項(xiàng)力學(xué)性能得到提升。因此,開發(fā)新型變形鎂合金并制定有效的生產(chǎn)工藝是目前鎂合金研究的重點(diǎn)。針對上述問題,本論文以Mg-Sn-Zn合金為基礎(chǔ),使用稀土元素Y作為合金化元素,使用電磁感應(yīng)熔煉爐在氬氣氛圍下熔煉制備出不同成分的合金,通過X射線熒光光譜儀(XRF)、X射線衍射儀(XRD)、光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、投射電鏡(TEM)能量色散X射線譜儀(EDS)、拉伸試驗(yàn)機(jī)等手段研究了Y元素對Mg-Sn-Zn合金的影響,并討論了該類合金通過擠壓、軋制等加工變形工藝后性能提升的可行性和機(jī)制。對Mg-Sn-Zn系合金性能提升具有一定指導(dǎo)意義。主要進(jìn)行了以下研究:設(shè)計(jì)合金成分并通過熔煉獲得鑄態(tài)合金鑄錠,并討論鑄態(tài)Mg-5Sn-3Zn-xY(x=0,0.2,0.5,0.8,1.0 wt%)合金的顯微組織和力學(xué)性能,主要圍繞第二相的作用討論鑄態(tài)合金的性能。鑄態(tài)Mg-Sn-Zn合金組織呈現(xiàn)明顯的枝晶狀,且二次枝晶臂間距較大。當(dāng)添加進(jìn)Y元素后枝晶結(jié)構(gòu)明顯弱化,并有向等軸晶轉(zhuǎn)變的趨勢。隨著Y元素含量的增加,晶粒直徑呈現(xiàn)減小趨勢,但當(dāng)Y含量超過0.8wt%時(shí)晶粒有變大的現(xiàn)象。合金中主要含有Mg_2Sn,MgZn_2等第二相顆粒,添加Y后出現(xiàn)了羽毛狀MgSnY相,其數(shù)量隨著Y含量的增加而增多,尺寸逐漸變大并發(fā)生一定的偏聚。并且在鑄態(tài)合金中,Mg2Sn相和MgZn2相有相互依附生長的趨勢,并形成尺寸較小的顆粒狀第二相,對合金性能提升有較好作用。并且MgSnY相作為硬質(zhì)相較為彌散的分布在合金基體中,也對合金性能有一定的提升。當(dāng)Y元素含量為0.5wt%時(shí),鑄態(tài)合金綜合性能較為優(yōu)良,抗拉強(qiáng)度為228MPa,屈服強(qiáng)度為68MPa,延伸率為18%。并且鑄態(tài)Mg-Sn-Zn-Y合金的延伸率都較為優(yōu)異,均可達(dá)到14-20%,這是由于合金中存在細(xì)小的顆粒狀第二相引起的。對鑄態(tài)合金進(jìn)行均勻化處理并觀察其組織結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)晶粒呈現(xiàn)等軸晶結(jié)構(gòu)并有所長大,大量顆粒相溶進(jìn)基體,但在晶界處還殘留有第二相顆粒,并且MgSnY相由于其熔點(diǎn)較高,大部分尚未溶解,分布在基體中。隨后將鑄態(tài)合金錠擠壓成板材,研究了經(jīng)過均勻化擠壓態(tài)Mg-Sn-Zn-Y合金的組織和力學(xué)性能,擠壓過后的Mg-Sn-Zn-Y合金發(fā)生較為完全的動態(tài)再結(jié)晶,呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)細(xì)小均勻的等軸晶結(jié)構(gòu),而基體中的第二相發(fā)生破碎且第二相數(shù)量隨Y含量增加而變多。在常溫下力學(xué)性能相比于鑄態(tài)合金有所增加,但延伸率下降幅度較大。隨著Y元素含量的增加,擠壓態(tài)合金的力學(xué)性能依次提升。對擠壓態(tài)的Mg-Sn-Zn-Y合金板材進(jìn)行不同道次和變形量的軋制處理,研究軋制對擠壓態(tài)合金的組織改變及性能的提升程度。采用交叉軋制的方式,以達(dá)到對擠壓態(tài)合金性能提升的目的。軋制后的合金晶粒相比于擠壓態(tài)明顯減小,并沿軋制方向拉長,出現(xiàn)了大量孿晶,隨著軋制道次增加再結(jié)晶發(fā)生更加完全。合金中的第二相受到擠壓破碎,呈現(xiàn)流線型分布,而交叉軋制并沒有明顯改變第二相的分布流線,這種流線主要由擠壓過程決定。軋制合金的抗拉強(qiáng)度比擠壓態(tài)合金高而延伸率下降,隨著軋制道次增加抗拉強(qiáng)度提高而延伸率下降。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.22
【圖文】：

圖 1.1 Mg-Sn 二元合金相圖Fig. 1.1 The binary phase diagram of Mg-Sn system究目的具有優(yōu)良的比強(qiáng)度、比剛度和減震性能,具有良好的阻尼減振性，降以屏蔽電磁輻射，利于回收利用，被認(rèn)為是 21 世紀(jì)高新產(chǎn)業(yè)中最有屬材料，是一種理想的結(jié)構(gòu)材料。鎂合金成型加工大多通過壓力鑄造壓鑄不利于生產(chǎn)一些厚大及復(fù)雜鑄件，并且設(shè)備的成本高,其次鎂合金易產(chǎn)生強(qiáng)烈的基面織構(gòu)，存在力學(xué)性能各向異性[7][5]。合常規(guī)鎂合金絕對強(qiáng)度低，室溫力學(xué)性能差的研究現(xiàn)狀，擬對 Mg-金，進(jìn)而研究開發(fā)成本低、高強(qiáng)高韌鎂合金。Mg-Sn-Zn 系合金具有抗好，價(jià)格低廉，綜合力學(xué)性能優(yōu)良等特點(diǎn)。Sn 可降低非基面滑移的夠在合金中形成均勻細(xì)小的 Mg2Sn 相；Zn 的加入可以細(xì)化 Mg2SnMg2Sn 數(shù)量，提高合金的強(qiáng)度；Y 在鎂中的固溶度較大，能夠形成彌進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)度。本課題主要研究包括：通過合金化工藝改

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文2.6.7 力學(xué)性能測試本次試驗(yàn)中力學(xué)性能測試采用拉伸測試的方法，通過斷口形貌，延伸率，強(qiáng)度以及屈服強(qiáng)度等信息對該種合金的力學(xué)性能進(jìn)行定性及定量分析，拉伸按照 GB/T228-2002 標(biāo)準(zhǔn)加工為標(biāo)準(zhǔn)樣，拉伸試樣的形狀和尺寸設(shè)計(jì)(單位，如圖 2.2（a）、（b）所示，采用線切割制成；在三思 CMT-5305 微機(jī)控制電子實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在拉伸測試前對試樣進(jìn)行打磨，用砂紙將試樣打磨至一定度，以消除試樣的表面缺陷，避免缺陷帶來的影響。試樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線、延和抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)由斷裂前后的報(bào)告直接得到。鑄態(tài)試樣拉伸速率為 1mm/min擠壓/熱軋態(tài)試樣拉伸速率為 2mm/min。不同狀態(tài)下的合金各取 4 個(gè)拉伸試樣拉伸試驗(yàn)，結(jié)果取其平均值。

圖 3.1 鑄態(tài) Mg-5Sn-3Zn-xY 合金的 XRD 圖譜Fig. 3.1 XRD pattern of as-cast Mg-5Sn-3Zn-xY alloys(a)Mg-5Sn-3Zn (b)Mg-5Sn-3Zn-0.2Y(c)Mg-5Sn-3Zn-0.5Y (d)Mg-5Sn-3Zn-0.8Y (e)Mg-5Sn-3Zn-1.0Y圖 3.2 為 Mg-5Sn-3Zn-xY 鑄態(tài)合金的金相組織，由圖可知，未添加稀土 Y g-5Sn-3Zn 合金的顯微組織不均勻，可以觀察到大量的枝晶，枝晶間距大約5μm。加入 Y 元素后合金顯微組織發(fā)生明顯變化。隨著 Y 含量的增加，鑄態(tài)枝漸變細(xì)，枝晶間距減小，當(dāng) Y 含量達(dá)到并超過 0.8%時(shí)，晶粒尺寸逐漸粗化。，Y 的添加有使合金組織從枝晶向等軸晶轉(zhuǎn)化的趨勢�？梢钥闯� Y 作為表面元素，可以降低液態(tài)金屬的表面能，降低形核功，從而促進(jìn)更多的 -Mg 晶核。在合金凝固過程中，Y 會在固-液界面處富集，造成界面處的成分富集而引分過冷，促進(jìn)大量形核。根據(jù)生長限制因子（GRF）機(jī)制，GRF 越高，對晶粒的作用越明顯[63]。Y 會提高液態(tài)合金的 GRF 從而限制晶粒的長大。Mg2Sn gSnY 相的析出可作為鎂基體的形核質(zhì)點(diǎn)。而且在晶界處生成的 Mg2Sn 和 MgSn

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2776264