本文關鍵詞：Y和Nd對Mg-Zn-Mn-Sn系變形鎂合金組織和性能的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文以開發(fā)新型高性能變形鎂合金為研究方向,研究了單獨添加Y和Nd對Mg-6Zn-1Mn-4Sn(ZMT614)變形鎂合金顯微組織和力學性能的影響。主要研究Mg-6Zn-1Mn-4Sn-x Y(ZMT614-x Y,x=0.1、0.5、1.0,wt.%)和Mg-6Zn-1Mn-4Sn-x Nd(ZMT614-x Nd,x=0.5、1.0、1.5,wt.%)合金的組織演變、第二相形貌特征以及室溫和高溫力學性能。鑄態(tài)ZMT614合金由粗大連續(xù)網狀化合物組成,其相組成為α-Mg、Mn、Mg7Zn3和Mg2Sn相。添加Y元素后,合金鑄態(tài)組織得到細化,形成Mg Sn Y三元相,ZMT614-Y合金鑄態(tài)組織由不連續(xù)的網狀化合物組成,相組成為α-Mg、Mn、Mg7Zn3、Mg2Sn和Mg Sn Y相。經過均勻化處理(420℃/12h),Mg7Zn3共晶化合物溶入基體,Mg2Sn和Mg Sn Y相未發(fā)生溶解,基體上殘留著粗大的樹枝狀Mg2Sn相和塊狀Mg Sn Y相。添加Nd元素,細化合金鑄態(tài)組織,形成Mg Sn Nd三元相,ZMT614-Nd合金的相組成為α-Mg、Mn、Mg7Zn3、Mg2Sn和Mg Sn Nd相。經過均勻化處理(420℃/12h),合金殘留著未溶入基體的顆粒狀Mg2Sn相和長棒狀Mg Sn Nd相。擠壓溫度對ZMT614-Y和ZMT614-Nd合金擠壓態(tài)組織和力學性能產生明顯影響。在擠壓過程中,合金發(fā)生了動態(tài)再結晶,晶粒細化,再結晶晶粒取向隨機分布,均勻化后的殘留相被擠碎,形成平行于擠壓方向的擠壓流線。對于含Y合金,當Y含量低于0.5wt.%,合金的強度和延伸率隨著Y含量的增加而增加,當Y含量達到1.0wt.%,合金的強度和延伸率出現降低。對于含Nd合金,隨著Nd含量的增加,合金的強度增加,延伸率降低。擠壓溫度由360℃升高至420℃,織構強度降低,晶粒尺寸增加,合金的力學性能降低。ZMT614-0.5Y合金的抗拉強度、屈服強度和延伸率分別由368MPa、276MPa和17.2%降低至335MPa、246MPa和11.4%。ZMT614-1.5Nd合金的抗拉強度、屈服強度和延伸率分別由361MPa、273MPa和14.0%降低至330MPa、245MPa和11.4%。ZMT614-Y/Nd合金較優(yōu)的固溶工藝為440℃/2h。對于360℃擠壓的合金,較優(yōu)的T6處理工藝為(90℃/24h+180℃/8h);對于420℃擠壓的合金,較優(yōu)的T5處理工藝為180℃/12h。在預時效階段(90℃/24h),合金析出高數量密度的盤狀和棒狀G.P.區(qū)。在T6態(tài)(180℃/8h),ZMT614-0.5Y合金析出高數量密度的'1b桿狀相和'2b盤狀相;ZMT614-1.5Nd合金析出高數量密度的'1b桿狀相、'2b盤狀相和T型相。T型'2b相是由后析出的'2b盤狀相依附在先析出的'1b桿狀相上形成的,與基體的位相關系為:'2[0001]b∥[0001]a;'2(2110)b∥(1100)a。T5態(tài)(180℃/12h)合金主要析出較粗大的'1b桿狀相,數量密度遠小于T6態(tài)合金的。經過T6(90℃/24h+180℃/8h)處理,合金晶粒顯著長大,析出高數量密度的納米級'1?桿狀相,因此合金的強度顯著增加,延伸率顯著降低,ZMT614-0.5Y合金的抗拉強度、屈服強度和延伸率分別為376MPa、371MPa和7.73%;ZMT614-1.5Nd合金的抗拉強度、屈服強度和延伸率分別為391MPa、382MPa和5.50%。經過T5(180℃/12h)處理,合金的晶粒宏觀形貌未發(fā)生明顯變形,析出大量較T6態(tài)粗大的'1?桿狀相,所以合金的屈服強度明顯增加,延伸率略有降低,ZMT614-0.5Y合金的抗拉強度、屈服強度和延伸率分別為343MPa、302MPa和10.6%;ZMT614-1.5Nd合金的抗拉強度、屈服強度和延伸率分別為364MPa、339MPa和10.1%。通過熱力學計算和實驗分析發(fā)現,Mg Sn Y和Mg Sn Nd三元相具有以下特點:1)在合金凝固過程中優(yōu)先形成,消耗稀土元素,抑制其它稀土相的形成;2)優(yōu)良的熱穩(wěn)定性,在均勻化和固溶過程中不溶入基體;3)晶體結構具有較低的對稱性。拉伸溫度對ZMT614-Y/Nd合金力學性能和斷裂機制產生顯著影響。拉伸溫度升高,合金的強度明顯降低,延伸率明顯增加。擠壓態(tài)和T5態(tài)的合金斷口主要由韌窩、撕裂棱、第二相顆粒和孔洞缺陷組成,呈現韌性斷裂的特征。隨著拉伸溫度的升高,T6態(tài)合金斷口呈現不同的特征。當拉伸溫度為150℃和200℃時,斷口主要由韌窩、撕裂棱和第二相顆粒組成,合金的斷裂方式為穿晶斷裂;當拉伸溫度為250℃時,斷口主要由韌窩、撕裂棱、第二相顆粒和少量的解理刻面組成,合金的斷裂方式為穿晶斷裂和沿晶斷裂的混合型斷裂;當拉伸溫度為300℃時,斷口主要由撕裂棱、第二相顆粒和解理面組成,合金的斷裂方式主要為沿晶斷裂。
【關鍵詞】：Mg-Zn-Mn-Sn-Y合金 Mg-Zn-Mn-Sn-Nd合金 第二相 顯微組織 力學性能
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.22
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-11
• 1 緒論11-29
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 鎂及鎂合金概述12-15
• 1.2.1 鎂的物理化學性質12-13
• 1.2.2 鎂的晶體結構13-14
• 1.2.3 合金元素對鎂合金的影響14-15
• 1.3 鎂合金的分類15
• 1.4 Mg-Zn系鎂合金研究進展15-24
• 1.4.1 Mg-Zn-Zr系合金研究進展17-18
• 1.4.2 Mg-Zn-RE系合金研究進展18-21
• 1.4.3 Mg-Zn-Sn系合金研究進展21-24
• 1.5 耐熱鎂合金簡介24-27
• 1.5.1 耐熱鎂合金的分類25
• 1.5.2 國內外研究進展25-27
• 1.6 本文的研究目的、意義和內容27-29
• 1.6.1 本文的研究目的和意義27
• 1.6.2 本文的研究內容27-29
• 2 實驗材料及研究方法29-37
• 2.1 技術路線29
• 2.2 實驗合金的成分設計29-30
• 2.3 實驗合金的制備30-31
• 2.3.1 合金的熔煉30-31
• 2.3.2 均勻化處理31
• 2.4 擠壓實驗31-32
• 2.4.1 360℃擠壓31-32
• 2.4.2 420℃擠壓32
• 2.5 熱處理實驗32-33
• 2.5.1 固溶處理32
• 2.5.2 時效處理32-33
• 2.6 力學性能實驗33-34
• 2.6.1 室溫力學性能實驗33
• 2.6.2 高溫力學性能實驗33-34
• 2.7 硬度測試34
• 2.8 組織分析34-35
• 2.8.1 物相分析(XRD)34-35
• 2.8.2 光學顯微鏡(OM)觀察和掃描電鏡分析(SEM)35
• 2.8.3 電子背散射衍射(EBSD)分析35
• 2.8.4 透射電鏡(TEM)分析35
• 2.9 本章小結35-37
• 3 Y對Mg-6Zn-1Mn-4Sn合金組織和性能的影響37-77
• 3.1 引言37
• 3.2 Y對Mg-6Zn-1Mn-4Sn合金顯微組織的影響37-58
• 3.2.1 鑄態(tài)37-41
• 3.2.2 均勻化態(tài)41-43
• 3.2.3 擠壓態(tài)43-51
• 3.2.4 固溶態(tài)51-56
• 3.2.5 時效態(tài)56-58
• 3.3 時效過程中的析出行為58-67
• 3.3.1 T6 態(tài)58-66
• 3.3.2 T5 態(tài)66-67
• 3.4 Y對Mg-6Zn-1Mn-4Sn合金室溫力學性能的影響67-75
• 3.4.1 力學性能67-69
• 3.4.2 強化機制69-71
• 3.4.3 斷裂形貌71-75
• 3.5 本章小結75-77
• 4 Nd對Mg-6Zn-1Mn-4Sn合金組織和性能的影響77-105
• 4.1 Nd對Mg-6Zn-1Mn-4Sn合金顯微組織的影響77-91
• 4.1.1 鑄態(tài)77-81
• 4.1.2 均勻化態(tài)81-82
• 4.1.3 擠壓態(tài)82-86
• 4.1.4 固溶態(tài)86-91
• 4.2 時效過程中的析出行為91-98
• 4.2.1 T6 態(tài)91-97
• 4.2.2 T5 態(tài)97-98
• 4.3 Nd對Mg-6Zn-1Mn-4Sn合金力學性能的影響98-103
• 4.3.1 力學性能98-100
• 4.3.2 斷裂形貌100-103
• 4.4 本章小結103-105
• 5 稀土相的研究105-115
• 5.1 引言105
• 5.2 熱力學分析105-112
• 5.3 TEM分析112-113
• 5.4 本章小結113-115
• 6 Y和Nd對Mg-6Zn-1Mn-4Sn-Y合金高溫性能的影響115-141
• 6.1 引言115
• 6.2 Mg-6Zn-1Mn-4Sn-Y合金的高溫力學性能115-129
• 6.2.1 擠壓態(tài)115-116
• 6.2.2 時效態(tài)116-120
• 6.2.3 斷裂機制120-129
• 6.3 Mg-6Zn-1Mn-4Sn-Nd合金的高溫力學性能129-140
• 6.3.1 擠壓態(tài)129-131
• 6.3.2 時效態(tài)131-134
• 6.3.3 斷裂機制134-140
• 6.4 本章小結140-141
• 7 本文結論141-145
• 7.1 本文重要結論141-142
• 7.2 本文主要創(chuàng)新點142-145
• 致謝145-147
• 參考文獻147-157
• 附錄157-158
• A. 作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文目錄157-158
• B. 作者在攻讀學位期間取得的科研成果目錄158

【參考文獻】

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本文編號：404623