本文關(guān)鍵詞：Sr對(duì)ZA104顯微組織和力學(xué)性能的影響

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【摘要】：隨著科技的日益進(jìn)步，工程結(jié)構(gòu)材料在商業(yè)中起到越來(lái)越重要的作用，大部分工程結(jié)構(gòu)材料是金屬，而鎂合金時(shí)其中質(zhì)量最輕的一種因其具有比重輕、比剛度和比強(qiáng)度高、液態(tài)成型性能優(yōu)越、易于回收利用等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天和電子等領(lǐng)域目前在這些領(lǐng)域中應(yīng)用的鎂合金大都屬于Mg-Al、Mg-Mn系合金，如AM60和AZ91等，但是這類合金一般只能在常溫下服役，當(dāng)溫度超過(guò)120℃后，合金的強(qiáng)度和抗蠕變性能就會(huì)大幅度下降。 ZA系合金（Mg-Zn-Al）成本低，鑄造和耐熱性能優(yōu)良，可以有效的在高溫環(huán)境下服役，有著很好的應(yīng)用前景引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度重視，并開展了大量的研究[1-4]。已有研究結(jié)果表明[5]，當(dāng)Zn含量在8%－12%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），Al含量在4%左右時(shí)，合金具有良好的常溫與高溫性能，但其韌性較差，伸長(zhǎng)率低。通過(guò)在鎂合金中加入高含量的來(lái)提高其綜合性能，成為當(dāng)前新型高強(qiáng)度鎂合金研究的重點(diǎn)方向。目前主要通過(guò)微合金化和熱處理來(lái)提高ZA系鎂合金的綜合力學(xué)性能。研究表明，通過(guò)添加微量Sr可形成高熔點(diǎn)的硬質(zhì)相，以此來(lái)改善ZA系鎂合金中相的數(shù)量，分布以及形態(tài)，可以有效提高ZA系鎂合金的綜合力學(xué)性能。本文在此基礎(chǔ)上，以ZA104(Mg-10Zn-4Al-0.3Mn)為基體合金，單獨(dú)加入堿土元素Sr，系統(tǒng)研究了Sr對(duì)合金顯微組織和力學(xué)性能的影響。 本文通過(guò)光學(xué)顯微鏡（OM），掃描電鏡（SEM），X射線衍射儀（XRD），DSC差熱分析儀和電子萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)等實(shí)驗(yàn)手段，研究了Sr對(duì)ZA104鎂合金中析出相形態(tài)的影響，并分析、探討Sr改善鎂合金微觀組織和力學(xué)性能的機(jī)理；同時(shí)研究了不同的Zn/Al比對(duì)高鋅鎂合金微觀組織和力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明： (1)不同Zn/Al比的ZA系合金鑄態(tài)組織成份均為-Mg基體相與Q-Mg32(Al,Zn)49第二相，凝固過(guò)程中析出的第二相沿-Mg晶界呈斷續(xù)網(wǎng)狀或不規(guī)則塊狀分布，且隨著Zn含量增加，中間相的數(shù)量也隨之增多。當(dāng)Zn/Al比為2.0時(shí)，ZA84合金的顯微組織較為細(xì)小，晶界相連成斷續(xù)網(wǎng)狀，凝固析出的第二相以不規(guī)則網(wǎng)狀和孤島狀分布在晶界上。當(dāng)Zn/Al比為2.5時(shí)，ZA104合金顯微變的粗大，沿晶界分布的第二相也變的連續(xù)與密集起來(lái)。當(dāng)Zn/Al比達(dá)到3.0時(shí)，ZA124合金顯微組織與ZA104合金的顯微組織相當(dāng)，沒(méi)有特別明顯的變化，只是有些許增粗的趨勢(shì)。當(dāng)加入Sr后，在XRD圖譜中，有新的衍射峰出現(xiàn)，說(shuō)明有新相-Mg32（Al，Zn）49相與-Mg51Zn20相產(chǎn)生，結(jié)合EDS能譜分析，Sr加入到鎂合金后，Mg-10Zn-4Al-0.3Mn基體合金中的準(zhǔn)晶相Q一部分轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶庀嘞啵ㄅcQ相成分相似，均為Mg32（Al，Zn）49，但含有少量Sr），一部分轉(zhuǎn)變?yōu)棣畔啵∕g51Zn20）。一定量Sr的加入對(duì)Mg-10Zn-4Al-0.3Mn合金的顯微組織有明顯影響。基體合金的鑄態(tài)組織由-Mg基體和沿晶界呈不連續(xù)網(wǎng)狀和塊狀分布的第二相組成，，鑄態(tài)組織較為粗大。加入Sr后，合金的顯微組織發(fā)生了顯著變化，沿晶界分布的第二相相對(duì)增多，加入0.3%Sr時(shí)，合金組織中-Mg晶粒尺寸較基體合金明顯細(xì)小，以斷續(xù)網(wǎng)狀分布的第二相網(wǎng)格變小，發(fā)生斷裂細(xì)化，或斷裂成孤島狀的強(qiáng)化相。 (2)隨著Zn/Al比的增加，布氏硬度呈逐步上升的趨勢(shì)。當(dāng)Zn含量為12%時(shí)，布氏硬度達(dá)到最大值，為72.6HB。隨著Zn含量的增加，合金的抗拉強(qiáng)度b和斷后延伸率都呈下降的趨勢(shì)，分別由172MPa、7.0%下降到160MPa、5.5%，下降幅度分別為6.9%和2.1%，而合金的屈服強(qiáng)度0.2則呈逐步遞增的趨勢(shì)，在Zn含量為12%達(dá)到最大值，為143MPa。隨著Sr含量的增加，合金的屈服強(qiáng)度0.2、抗拉輕度b和斷后延伸率都呈先上升后下降的趨勢(shì)。即當(dāng)Sr含量為0.3%時(shí)，三項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到最大值，特別是抗拉強(qiáng)度，相比基體合金，增長(zhǎng)了19.6%，達(dá)到了最大值195Mpa，而隨著Sr含量的增加，三者都呈下降趨勢(shì)，當(dāng)Sr含量達(dá)到0.9%時(shí)，三者又回到與基體合金的相當(dāng)?shù)乃�。合金的力學(xué)性能與合金晶粒的大小密切相關(guān)，Sr含量為0.3%時(shí)，合金晶粒尺寸最小，而此時(shí)合金的力學(xué)性能也達(dá)到最佳。 (3)從不同Zn/Al比條件下合金的常溫拉伸斷口形貌圖可以得知，ZA84，ZA104，ZA124這3種實(shí)驗(yàn)合金的斷裂機(jī)理相似，均為解理斷裂，屬于脆性斷裂。ZA104基體合金斷裂模式為解理斷裂，屬于脆性斷裂的范疇。含0.3%Sr的ZA104合金的斷裂模式為沿晶斷裂與解理斷裂的混合。0.6%Sr、0.9%Sr的ZA104合金的斷裂模式與基體合金相似，均為解理斷裂。 (4) Sr含量對(duì)合金平均晶粒尺寸的影響較大，不含Sr的ZA104基體合金晶粒粗大，平均晶粒直徑達(dá)到63μm。當(dāng)Sr含量為0.3%時(shí)，-Mg晶粒尺寸降至約37μm，降幅約為42%。當(dāng)Sr含量增至0.6%和0.9%時(shí)，平均晶粒直徑恢復(fù)到與基體合金差不多的水平。 (5) ZA系合金中分布在晶界上的第二相具有較高的硬度和脆性[12]，加入0.3%Sr后，準(zhǔn)晶相Q轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗯c相，從而降低了準(zhǔn)晶對(duì)合金性能的影響，且由于Sr的細(xì)化能力，合金晶粒細(xì)化，沿合金晶粒晶界分布的第二相的體積分?jǐn)?shù)相對(duì)增多，合金的形變能力因此增強(qiáng)，位錯(cuò)滑移和晶界滑移也變的較易進(jìn)行，第二相也隨之細(xì)化，以斷續(xù)網(wǎng)狀分布的第二相網(wǎng)格變小甚至斷裂成孤島狀，其分布更加均勻，能有效形成位錯(cuò)纏繞而強(qiáng)化合金。
【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【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3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 鎂的歷史與發(fā)展12-13
• 1.2 鎂及鎂合金13-20
• 1.2.1 金屬鎂的冶煉13-15
• 1.2.2 金屬鎂的基本特征15-16
• 1.2.3 鎂合金的優(yōu)點(diǎn)16-17
• 1.2.4 鎂合金的工業(yè)應(yīng)用以及最新研究進(jìn)展17-20
• 1.3 鎂合金強(qiáng)化方法20-21
• 1.3.1 細(xì)晶強(qiáng)化20-21
• 1.3.2 固溶強(qiáng)化21
• 1.3.3 第二相強(qiáng)化21
• 1.4 論文的選題和研究?jī)?nèi)容21-24
• 1.4.1 論文的選題21-22
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容22-24
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料及研究方法24-31
• 2.1 技術(shù)路線24-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)合金的成分確定25-26
• 2.3 實(shí)驗(yàn)合金的制備26-29
• 2.3.1 原材料準(zhǔn)備26
• 2.3.2 合金的熔煉與澆注26-29
• 2.4 微觀形貌觀察及分析29-30
• 2.4.1 光學(xué)顯微組織分析29
• 2.4.2 XRD 物像分析29-30
• 2.4.3 掃描電鏡分析30
• 2.5 力學(xué)性能測(cè)試30-31
• 第三章 不同 Zn/Al 比對(duì) Mg-Zn-Al 系合金顯微組織和力學(xué)性能的影響31-43
• 3.1 前言31-32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)合金的顯微組織分析32-36
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)合金 XRD 衍射分析32-33
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)合金顯微組織分析33-36
• 3.3 實(shí)驗(yàn)合金的力學(xué)性能分析36-39
• 3.3.1 不同 Zn/Al 比條件下合金的布氏硬度36-37
• 3.3.2 不同 Zn/Al 比條件下合金的常溫拉伸結(jié)果分析37-38
• 3.3.3 不同 Zn/Al 比條件下合金的常溫拉伸斷口分析38-39
• 3.4 實(shí)驗(yàn)合金的 DSC 差熱分析39-41
• 3.5 小結(jié)41-43
• 第四章 對(duì) Mg-10Zn-4Al-0.3Mn 合金顯微組織和力學(xué)性能的影響43-55
• 4.1 前言43
• 4.2 實(shí)驗(yàn)合金的顯微組織分析43-49
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)合金的 XRD 衍射分析43-45
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)合金顯微組織分析45-49
• 4.3 實(shí)驗(yàn)合金的力學(xué)性能分析49-53
• 4.4 小結(jié)53-55
• 第五章 結(jié)論55-57
• 參考文獻(xiàn)57-63
• 致謝63-65
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄65

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：974405