本文關(guān)鍵詞：稀土Nd、Y對(duì)Mg-6Zn-1Mn鎂合金微合金化效應(yīng)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鎂合金具有質(zhì)輕、高的比強(qiáng)度、良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性、阻尼減振、電磁屏蔽等等優(yōu)異性能,在交通、電子通訊、航空航天等領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景,已成為21世紀(jì)綠色環(huán)保工程材料之一。然而,當(dāng)前鎂合金材料的室溫強(qiáng)度相對(duì)較低,耐蝕性能較差,嚴(yán)重限制了其作為結(jié)構(gòu)材料的廣泛應(yīng)用。因此,發(fā)展高強(qiáng)高韌并兼有良好耐蝕性的鎂合金材料,就成為當(dāng)前結(jié)構(gòu)材料前沿領(lǐng)域的熱門(mén)課題,具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本文基于課題組新近開(kāi)發(fā)的高強(qiáng)Mg-6Zn-1Mn鎂合金(ZM61),系統(tǒng)研究了稀土Nd、Y對(duì)ZM61的微合金化效應(yīng);并借助銅模鑄造快速凝固技術(shù),研究了不同冷卻速率對(duì)ZM61合金結(jié)果和性能影響。利用光學(xué)顯微鏡(OM)、X射線衍射分析儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)配置能譜分析儀(EDS)、透射電子顯微鏡(TEM)、示差掃描量熱儀(DSC)、萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)、電化學(xué)工作站等實(shí)驗(yàn)手段,系統(tǒng)研究了不同稀土Nd、Y對(duì)ZM61系鎂合金的微觀結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能、腐蝕性能等的影響。主要獲得了如下結(jié)果:(1)少量稀土Nd(低于0.4%)對(duì)鑄態(tài)ZM61合金具有明顯的細(xì)晶作用,隨著Nd含量繼續(xù)增加,在晶界上析出粗大第二相顆粒而導(dǎo)致合金的綜合力學(xué)性能降低。研究還發(fā)現(xiàn),Nd對(duì)擠壓態(tài)ZM61合金的織構(gòu)影響較小,其顯著影響合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶率。當(dāng)Nd含量較低時(shí),合金經(jīng)擠壓時(shí)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶率較低,主要生成彌散細(xì)小的第二相;隨著Nd的增加,合金發(fā)生完全的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,由于在合金晶界上析出粗大的T相,而導(dǎo)致合金綜合力學(xué)性能下降。(2)當(dāng)稀土Nd含量較低時(shí),固溶處理后ZM61-Nd合金晶粒尺寸明顯減小,大部分第二相已溶入鎂基體中。在隨后時(shí)效過(guò)程中能夠析出大量細(xì)小彌散的第二相,起到彌散強(qiáng)化的作用,合金展示了較好的力學(xué)性能;隨著Nd含量的增加,殘留基體中的稀土三元相T相隨之增加,進(jìn)而在后續(xù)時(shí)效處理時(shí),合金析出的第二相會(huì)減少,而導(dǎo)致ZM61-Nd系固溶單級(jí)時(shí)效態(tài)鎂合金強(qiáng)度降低。透射電子顯微鏡結(jié)果證實(shí)了ZM61-Nd系合金在時(shí)效過(guò)程中的強(qiáng)化相Mg Zn2以β'1桿狀相和β'2盤(pán)狀相兩種形式存在。其中β'1桿狀相與基體的位向關(guān)系為:[112?0]Mg""[0001]Mg Zn2,(0002)Mg""(112?0)Mg Zn2;盤(pán)狀β'2(Mg Zn2)相與基體的位向關(guān)系為:[112?0]Mg""[101?0]Mg Zn2,(0002)Mg""(0002)Mg Zn2。而通過(guò)添加Nd,可加速ZM61系合金中盤(pán)狀β'2(Mg Zn2)相的析出,且隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng),合金中部分桿狀β'1(Mg Zn2)相會(huì)向盤(pán)狀β'2(Mg Zn2)相發(fā)生轉(zhuǎn)變。(3)研究發(fā)現(xiàn),在ZM61-Y系鑄態(tài)合金中,隨著Y含量的變化,合金主要物相演變規(guī)律為:α-Mg+Mg7Zn3→α-Mg+I→α-Mg+W→α-Mg+X,這主要?dú)w因于Zn/Y原子比的不同造成的。其中,I相主要偏聚于枝晶,W相多以魚(yú)骨狀的形式存在,X相多以片層狀形式存在。(4)當(dāng)Y含量低于2%時(shí),擠壓可使晶界和晶粒內(nèi)部析出細(xì)小彌散的第二相,提高合金強(qiáng)度的同時(shí),也具有較好的室溫延展性,其斷口上韌窩尺寸也較大。隨著Y的增加,第二相顆粒變大,主要存在于晶界,熱擠壓過(guò)程中晶粒不易被擠碎、細(xì)化,弱化了析出相與基體的界面能,最終使得擠壓態(tài)合金綜合力學(xué)性能降低。同時(shí),少量稀土Y(低于2%)摻雜ZM61系合金經(jīng)固溶人工時(shí)效后,綜合性能獲得提高。這歸因于在固溶過(guò)程中,合金中的大部分第二相顆粒溶入鎂基體,在隨后的人工時(shí)效過(guò)程中,晶界和晶內(nèi)析出細(xì)小彌散的第二相顆粒,從而起到彌散強(qiáng)化作用。隨著Y的增加,固溶過(guò)程中溶入鎂基體的第二相顆粒少,固溶時(shí)效強(qiáng)化效果降低,而且晶粒尺寸大幅度長(zhǎng)大,整體導(dǎo)致合金綜合性能下降。(5)確立了Mg-6Zn-1Mn-2Y合金經(jīng)515℃/2h+90℃/24h+180℃/24h固溶雙級(jí)時(shí)效處理可獲得較好的綜合力學(xué)性能,其屈服強(qiáng)度高達(dá)340MPa,對(duì)應(yīng)的時(shí)效硬化曲線呈現(xiàn)“欠時(shí)效-峰時(shí)效-過(guò)時(shí)效”特征,在時(shí)效過(guò)程中可長(zhǎng)時(shí)間處于高硬度的狀態(tài),具備強(qiáng)的時(shí)效硬化能力,這為發(fā)展高強(qiáng)ZM61-Y合金系提供了可借鑒的技術(shù)路線。(6)快速凝固技術(shù)使得ZM61鎂合金的微觀組織更加均勻,析出相更加細(xì)小,合金強(qiáng)度可達(dá)460MPa,約為傳統(tǒng)鑄造鎂合金的2倍。這主要?dú)w因于Mg Zn2析出相相對(duì)于α-Mg基體,具有較高的楊氏模量,使得合金強(qiáng)化效應(yīng)明顯。此外,通過(guò)動(dòng)電位極化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),快速凝固ZM61鎂合金具有更低的腐蝕電流密度、更高的點(diǎn)蝕電位和更寬的鈍化區(qū)間,其腐蝕速率僅為11.2μm/year,展現(xiàn)了優(yōu)異的耐蝕性能。
【關(guān)鍵詞】：鎂合金 稀土 微觀組織 強(qiáng)化機(jī)制 冷卻速率
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG146.22
【目錄】：

• 摘要3-5
• 英文摘要5-12
• 1 緒論12-34
• 1.1 引言12-13
• 1.2 鎂合金研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 鑄造鎂合金研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 變形鎂合金研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 鎂合金的強(qiáng)韌化16-23
• 1.3.1 鎂合金的強(qiáng)化及其機(jī)理16-18
• 1.3.2 合金元素強(qiáng)化18-20
• 1.3.3 鎂合金固溶強(qiáng)化20-21
• 1.3.4 鎂合金時(shí)效強(qiáng)化21-22
• 1.3.5 變形強(qiáng)化22-23
• 1.4 稀土在鎂合金中的研究現(xiàn)狀23-28
• 1.4.1 稀土元素在鎂合金中的作用23-25
• 1.4.2 稀土為微量添加元素的鎂合金25-27
• 1.4.3 稀土為主元合金的鎂合金27-28
• 1.5 Mg-Zn系鎂合金的研究現(xiàn)狀28-30
• 1.6 本課題研究目的和意義30-31
• 1.7 本文的主要研究?jī)?nèi)容31-34
• 2 稀土Nd對(duì)Mg-6Zn-1Mn系合金微觀組織和性能的影響34-48
• 2.1 引言34
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料及研究方法34-38
• 2.2.1 試驗(yàn)合金的成分設(shè)計(jì)及制備34-35
• 2.2.2 差熱分析35
• 2.2.3 物相分析35-36
• 2.2.4 熱擠壓試驗(yàn)36
• 2.2.5 力學(xué)性能測(cè)試36-37
• 2.2.6 合金顯微組織分析37
• 2.2.7 電子背散射衍射(EBSD)分析37-38
• 2.3 Nd含量對(duì)Mg-6Zn-1Mn鎂合金顯微組織的影響38-43
• 2.3.1 鑄態(tài)組織38-41
• 2.3.2 擠壓態(tài)組織41-43
• 2.4 稀土Nd對(duì)擠壓態(tài)Mg-6Zn-1Mn鎂合金織構(gòu)的影響43-45
• 2.5 Nd對(duì)擠壓態(tài)Mg-6Zn-1Mn鎂合金力學(xué)性能的影響45-47
• 2.6 本章小結(jié)47-48
• 3 固溶時(shí)效對(duì)Mg-6Zn-1Mn-xNd系合金組織和性能的影響48-74
• 3.1 引言48-49
• 3.2 實(shí)驗(yàn)材料及研究方法49-52
• 3.2.1 試驗(yàn)材料49
• 3.2.2 固溶時(shí)效試驗(yàn)49-51
• 3.2.3 力學(xué)性能測(cè)試51
• 3.2.4 合金硬度測(cè)試51
• 3.2.5 物相分析51-52
• 3.2.6 合金顯微組織觀察52
• 3.3 Mg-6Zn-1Mn-xNd合金固溶時(shí)效態(tài)顯微組織52-61
• 3.3.1 固溶態(tài)組織52-55
• 3.3.2 合金固溶單級(jí)時(shí)效態(tài)組織55-58
• 3.3.3 合金固溶雙級(jí)時(shí)效態(tài)組織58-61
• 3.4 Mg-6Zn-1Mn-xNd合金固溶時(shí)效態(tài)力學(xué)性能61-64
• 3.4.1 固溶單級(jí)時(shí)效態(tài)的力學(xué)性能61-63
• 3.4.2 固溶雙級(jí)時(shí)效態(tài)的力學(xué)性能63-64
• 3.5 Mg-6Zn-1Mn-xNd合金時(shí)效硬化曲線64-67
• 3.5.1 Nd含量對(duì)Mg-6Zn-1Mn合金時(shí)效硬化曲線的影響64-65
• 3.5.2 溫度對(duì)Mg-6Zn-1Mn-0.2Nd合金時(shí)效硬化曲線的影響65-67
• 3.6 Mg-6Zn-1Mn-0.2Nd合金 180℃時(shí)效組織演變67-72
• 3.6.1 時(shí)效析出相特征分析67-69
• 3.6.2 合金 180℃時(shí)效的顯微組織演變69-72
• 3.7 本章小結(jié)72-74
• 4 稀土Y對(duì)Mg-6Zn-1Mn系合金微觀組織和性能的影響74-92
• 4.1 引言74-75
• 4.2 實(shí)驗(yàn)材料及研究方法75-78
• 4.2.1 試驗(yàn)合金的成分設(shè)計(jì)及制備75
• 4.2.2 試驗(yàn)合金密度測(cè)試75-76
• 4.2.3 熱擠壓試驗(yàn)76-77
• 4.2.4 力學(xué)性能測(cè)試77
• 4.2.5 差熱分析77
• 4.2.6 微觀組織及物相分析77-78
• 4.3 Y微合金化對(duì)Mg-6Zn-1Mn合金顯微組織和性能的影響78-89
• 4.3.1 添加Y對(duì)合金鑄態(tài)組織的影響78-82
• 4.3.2 均勻化合金微觀組織82-85
• 4.3.3 Y對(duì)Mg-6Zn-1Mn-Y合金擠壓態(tài)微觀組織和性能的影響85-89
• 4.4 本章小結(jié)89-92
• 5 固溶時(shí)效對(duì)Mg-6Zn-1Mn-xY系合金組織和性能的影響92-106
• 5.1 引言92
• 5.2 實(shí)驗(yàn)材料及研究方法92-93
• 5.2.1 試驗(yàn)合金的成分設(shè)計(jì)及制備92
• 5.2.2 熱擠壓試驗(yàn)92
• 5.2.3 固溶時(shí)效試驗(yàn)92-93
• 5.2.4 力學(xué)性能測(cè)試93
• 5.2.5 微觀組織及物相分析93
• 5.3 Y對(duì)Mg-6Zn-1Mn合金固溶時(shí)效態(tài)微觀組織和性能的影響93-96
• 5.4 Y對(duì)Mg-6Zn-1Mn合金直接時(shí)效態(tài)微觀組織和性能的影響96-98
• 5.5 Mg-6Zn-1Mn-2Y合金固溶時(shí)效工藝優(yōu)化98-103
• 5.5.1 Mg-6Zn-1Mn-2Y合金固溶時(shí)效顯微組織分析99-102
• 5.5.2 Mg-6Zn-1Mn-2Y合金固溶時(shí)效力學(xué)性能分析102
• 5.5.3 Mg-6Zn-1Mn-2Y合金 180℃時(shí)效硬化曲線102-103
• 5.6 本章小結(jié)103-106
• 6 凝固速率對(duì)Mg-6Zn-1Mn系合金微結(jié)構(gòu)及性能的影響106-120
• 6.1 引言106
• 6.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程106-109
• 6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論109-118
• 6.3.1 凝固速率對(duì)ZM61 合金微觀結(jié)構(gòu)和熱性能的影響109-111
• 6.3.2 凝固速率對(duì)ZM61 合金室溫力學(xué)性能的影響111-112
• 6.3.3 凝固速率對(duì)ZM61 合金腐蝕性能的影響112-114
• 6.3.4 微量稀土Nd對(duì)ZM61 快速凝固鎂合金微結(jié)構(gòu)及性能的影響114-118
• 6.4 本章小結(jié)118-120
• 7 本文結(jié)論120-124
• 7.1 主要結(jié)論120-121
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)121-124
• 致謝124-126
• 參考文獻(xiàn)126-138
• 附錄138-139
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄138-139
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間取得的科研成果目錄139

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：稀土Nd、Y對(duì)Mg-6Zn-1Mn鎂合金微合金化效應(yīng)的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：381641