Mg-Mn-RE合金的热处理和变形行为研究

论文摘要

针对镁合金强度低、变形能力差的缺点,以Mg-Mn-RE合金为研究对象,对其铸态合金进行了热处理；然后对400℃下保温7h的样品进行了挤压变形；在挤压变形的基础上对其进行了锻造变形。同时,针对于目前镁合金热处理工艺及合金元素对合金相颗粒析出的影响规律还不清楚,又以Mg-Mn-RE合金以及商用AZ61、AM50和AM50+RE镁合金为研究对象,研究了镁合金热处理过程中不同冷却方式（空冷和水冷）、合金元素（Al、Mn、Zn、Y、Ce等）对合金相颗粒析出的影响规律。得到如下结论：（1）为了得到适合于挤压变形的显微组织,对Mg-Mn-RE合金不同热处理工艺下的显微组织和力学性能进行了系统的研究。结果表明：Mg-Mn-RE合金在固相线以下即400℃和520℃热处理时,Y、Ce等合金元素没有完全固溶到镁基体中,但是铸态时存在的枝晶组织被消除；在固液共存区即620℃热处理时,低熔点的合金相颗粒发生了熔化、固溶和细化等一系列变化；（2）对400℃下保温7h的样品在400℃以5 mm/s的速率进行了挤压变形。结果表明：Mg-Mn-RE合金在挤压变形过程中发生了动态再结晶,晶粒明显细化,铸态晶粒尺寸约为100μm,挤压变形后平均晶粒尺寸约为5μm；合金挤压变形后硬度、抗拉强度、屈服强度和伸长率都明显高于铸态,分别为HV 68、255 MPa、191 MPa和26%；（3）针对镁合金铸态及热处理后的晶粒粗大,降低了其成型性能的特点,同时为了进一步提高挤压合金的强度,对Mg-Mn-RE挤压合金分别在室温、360℃和450℃下进行了快速变形,即锻造变形。结果表明：挤压合金室温锻造变形过程中,锻打3次成型的样品,晶粒发生扭曲变形并细化,随着变形量的增大,晶粒细化的程度增大,聚集在一起的稀土化合物发生分离、细化和均匀分布的程度增大,硬度逐渐升高,相对变形量为25%时,硬度达到HV 101；360℃下不同锻打次数（1次、2次和3次）成型,得到样品的相对变形量都为25%时,合金都发生了动态再结晶,晶粒细化,锻打2次成型的样品位错、孪晶等缺陷密度较大,再结晶晶粒粗大,硬度达到HV 85；不同温度下（室温、360℃和450℃）锻造变形,锻打3次成型,相对变形量为25%时,随着锻造温度的升高晶粒尺寸增大,聚集在一起的稀土化合物发生分离、细化和均匀分布的程度降低,硬度降低。（4） Mg-Mn-RE合金520℃保温不同时间,水冷过程中有合金相颗粒析出；AZ61和AM50+RE镁合金520℃保温6h时,空冷过程中有合金相颗粒析出；AM50镁合金520℃保温6h时,保温过程中有合金相颗粒析出；（5）镁中由于Al和Mn元素的加入,使热处理保温过程中合金相颗粒有析出；Zn元素的加入,使热处理空冷过程中合金相颗粒有析出；由于稀土元素Y、Ce的加入,使热处理水冷过程中合金相颗粒有析出。对挤压和锻造变形的研究为镁合金的广泛应用提供了理论依据；热处理过程中合金相颗粒析出规律的分析,对镁合金的基础理论研究有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 镁合金的强化及其原理
• 1.1.1 固溶强化
• 1.1.2 析出强化
• 1.1.3 弥散强化
• 1.1.4 细晶强化
• 1.2 镁合金热处理简介
• 1.2.1 镁合金的热处理方法
• 1.2.2 镁合金热处理的研究现状
• 1.3 变形镁合金简介
• 1.3.1 变形镁合金加工成型技术
• 1.3.2 镁合金变形理论
• 1.3.3 镁合金热挤压变形的研究现状
• 1.4 镁合金的锻造变形
• 1.4.1 镁合金的可锻性
• 1.4.2 镁合金的锻造特点
• 1.4.3 镁合金锻造变形的研究现状
• 1.5 本课题研究的意义及主要研究内容
• 1.5.1 选题意义
• 1.5.2 主要研究内容
• 第二章 实验样品的制备与研究方法
• 2.1 实验样品的制备
• 2.1.1 实验用原材料及合金成分
• 2.1.2 Mg-Mn-RE合金的铸态样品制备
• 2.1.3 实验合金的热处理
• 2.1.4 Mg-Mn-RE合金的挤压样品制备
• 2.1.5 Mg-Mn-RE挤压合金的锻造样品制备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 显微组织观察与成分分析
• 2.2.2 X射线衍射物相分析
• 2.2.3 力学性能测试
• 第三章 Mg-Mn-RE合金热处理后显微组织及力学性能分析
• 3.1 铸态Mg-Mn-RE合金的显微组织分析
• 3.2 Mg-Mn-RE合金不同热处理工艺下显微组织分析
• 3.2.1 合金400℃热处理后显微组织变化
• 3.2.2 合金520℃热处理后显微组织变化
• 3.2.3 合金620℃热处理后显微组织变化
• 3.3 Mg-Mn-RE合金不同热处理工艺下物相变化
• 3.3.1 合金不同冷却方式下物相变化
• 3.3.2 合金520℃保温不同时间后物相变化
• 3.4 Mg-Mn-RE合金铸态和热处理后力学性能变化规律
• 3.5 本章小结
• 第四章 Mg-Mn-RE合金变形后显微组织及力学性能分析
• 4.1 Mg-Mn-RE合金挤压变形后的显微组织分析
• 4.2 Mg-Mn-RE合金锻造变形后的显微组织分析
• 4.2.1 室温下锻造变形不同变形量的显微组织分析
• 4.2.2 360℃锻造变形不同锻打次数及不同变形量的显微组织分析
• 4.2.3 不同温度锻造变形的显微组织分析
• 4.3 Mg-Mn-RE合金形变热处理后显微组织变化
• 4.4 Mg-Mn-RE合金挤压变形后的力学性能分析
• 4.5 Mg-Mn-RE合金锻造变形后的力学性能分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 镁合金热处理综合评价
• 5.1 AZ61、AM50、AM50+RE和Mg-Mn-RE镁合金铸态下显微组织分析
• 5.2 不同热处理温度对显微组织的影响
• 5.3 不同保温时间对显微组织的影响
• 5.4 不同冷却方式对显微组织和力学性能的影响
• 5.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间研究成果