本文關(guān)鍵詞：Mg-xGd-Zr合金擴(kuò)散及均勻化研究

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【摘要】：本文利用夾具法制備Mg-Gd二元擴(kuò)散偶,通過(guò)光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)和電子探針(EPMA)等手段,研究了Mg-Gd二元系在450℃-550℃之間的反應(yīng)擴(kuò)散現(xiàn)象,分析了其擴(kuò)散熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué),為開(kāi)發(fā)新型的Mg-Gd系合金提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),同時(shí)指導(dǎo)制定合金合理的熱處理制度；此外,本文以Mg-xGd-Zr(x=1、2、3at%)合金為基礎(chǔ),利用OM、SEM、物相分析(XRD)和透射電鏡(TEM)等分析檢測(cè)手段,研究了合金在不同氣體環(huán)境中熱處理過(guò)程的微觀組織形貌變化,分析了合金中方塊相的成分和結(jié)構(gòu),并對(duì)其形成原因做出解釋,進(jìn)而為指導(dǎo)優(yōu)化稀土鎂合金的制備加工過(guò)程提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。在Mg-Gd二元擴(kuò)散偶實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),擴(kuò)散偶在450℃-550℃之間保溫不同時(shí)間后,在Mg/Gd母相間都生成了4層明顯的擴(kuò)散層,從Mg到Gd側(cè),依次為Mg5Gd、 Mg3Gd、Mg2Gd和MgGd。當(dāng)熱處理時(shí)間一定時(shí),隨著溫度的升高各擴(kuò)散層的厚度都明顯增長(zhǎng)；當(dāng)溫度一定時(shí),其厚度隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而增加,可用公式1=ktn進(jìn)行描述。當(dāng)熱處理溫度為450℃-500℃時(shí)n接近0.5,表明在該溫度范圍內(nèi)擴(kuò)散層的生長(zhǎng)主要是由晶界擴(kuò)散所控制；當(dāng)溫度接近550℃時(shí),n0.5,這主要是由于擴(kuò)散層中的晶粒發(fā)生了一定程度的長(zhǎng)大。通過(guò)高斯解求得純Gd向Mg擴(kuò)散的頻率因子和激活能分別為D0=1.49×10-9m2/s, Q=65.39kJ/mol。在Mg-xGd-Zr(x=1、2、3at%)合金的均勻化熱處理實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),1#合金在520℃×6h,2#合金在520℃x8h,3#合金在520℃×12h時(shí)的均勻化效果較為理想。然而合金中的方塊相具有極高的熱穩(wěn)定性,在均勻化過(guò)程中不發(fā)生變化,其結(jié)構(gòu)為FCC,晶格常數(shù)a=0.53nm,Gd含量為41.3at%～89.0at%,不屬于Mg-Gd平衡相圖中的任何一種相。合金經(jīng)過(guò)淬火后再熱處理,其表層(0-2mm)生成了大量的方塊相沿晶界分布,而其內(nèi)部(2mm以下)組織沒(méi)有明顯變化,其形成原因可能是由于淬火在合金表層形成了淬火應(yīng)力,在后續(xù)的熱處理過(guò)程中促進(jìn)了合金表層方塊相的形成。這表明方塊相不僅在熔煉及凝固過(guò)程中形成,也能在后期熱處理過(guò)程中生成。通過(guò)對(duì)比合金不同氣體環(huán)境(純H2、純Ar、純O2和大氣)下熱處理后的組織形貌發(fā)現(xiàn),方塊相的成分與合金熱處理過(guò)程中所處的氣體環(huán)境密切相關(guān),其既可以是GdH2也可以是Gd203,但其晶體結(jié)構(gòu)都為FCC,晶格常數(shù)a=0.53nm。大氣環(huán)境中形成的方塊相主要為Gd203,少量形成于合金的熔煉及凝固過(guò)程,大部分由合金在大氣環(huán)境下熱處理過(guò)程中在表面形成。在熱處理過(guò)程中,方塊相主要是在共晶組織分解階段由共晶組織中的稀土氧化形成,而當(dāng)共晶組織完全分解后其形成速度明顯減小。應(yīng)力應(yīng)變能促進(jìn)合金表層RE元素向晶界處偏聚進(jìn)而氧化形成方塊相,同時(shí)提高熱處理溫度,也會(huì)促進(jìn)合金表層共晶組織分解氧化形成方塊相。
【關(guān)鍵詞】：鎂合金 稀土 擴(kuò)散 熱處理 方塊相
【學(xué)位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG146.22
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 緒論11-24
• 1.1 稀土鎂合金11-14
• 1.1.1 稀土在鎂合金中的作用11-12
• 1.1.2 稀土鎂合金中的方塊相12-14
• 1.2 Mg-Gd系合金14-16
• 1.2.1 Zr對(duì)Mg-Gd系合金的作用14-15
• 1.2.2 Mg-Gd系合金的均勻化處理15-16
• 1.3 擴(kuò)散原理16-19
• 1.3.1 表象理論16-18
• 1.3.2 原子理論18-19
• 1.4 反應(yīng)擴(kuò)散19-21
• 1.5 課題研究依據(jù)、意義及內(nèi)容21-23
• 1.5.1 課題研究依據(jù)及意義21-22
• 1.5.2 課題研究?jī)?nèi)容22-23
• 1.6 本章小結(jié)23-24
• 2 實(shí)驗(yàn)材料及研究方法24-29
• 2.1 實(shí)驗(yàn)方案24-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)研究方法及設(shè)備25-28
• 2.2.1 Mg-Gd擴(kuò)散偶實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備25-26
• 2.2.2 Mg-xGd-Zr合金的熔煉26
• 2.2.3 合金均勻化處理26-27
• 2.2.4 合金均勻化過(guò)程方塊相的研究27
• 2.2.5 分析設(shè)備27-28
• 2.3 本章小結(jié)28-29
• 3. Mg-Gd二元反應(yīng)擴(kuò)散研究29-38
• 3.1 組織形貌及成分分析29-33
• 3.2 反應(yīng)擴(kuò)散機(jī)理及動(dòng)力學(xué)33-35
• 3.2.1 擴(kuò)散層的生長(zhǎng)機(jī)理33-34
• 3.2.2 反應(yīng)擴(kuò)散控制過(guò)程34-35
• 3.3 擴(kuò)散系數(shù)及激活能35-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 4. Mg-Gd-Zr合金的均勻化研究38-54
• 4.1 合金鑄態(tài)組織和成分研究38-41
• 4.1.1 合金鑄態(tài)組織形貌38-39
• 4.1.2 鑄態(tài)組織中第二相的成分和結(jié)構(gòu)39-41
• 4.2 合金的均勻化41-46
• 4.2.1 合金均勻化制度41-44
• 4.2.2 均勻化后合金組織成分44-46
• 4.3 合金的雙級(jí)熱處理46-50
• 4.3.1 合金的微觀組織形貌46-49
• 4.3.2 成分結(jié)構(gòu)分析49-50
• 4.4 均勻化動(dòng)力學(xué)分析50-53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 5 合金熱處理過(guò)程中方塊相的研究54-69
• 5.1 大氣和氬氣環(huán)境下熱處理實(shí)驗(yàn)54-58
• 5.1.1 合金組織形貌54-56
• 5.1.2 合金的XRD和TEM分析56-58
• 5.2 H_2和O_2對(duì)方塊相形成的影響58-61
• 5.3 方塊相的形成61-63
• 5.4 應(yīng)變對(duì)方塊相形成的影響63-64
• 5.5 共晶組織的分解氧化64-68
• 5.6 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-71
• 參考文獻(xiàn)71-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果78-79
• 致謝79

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：598785