微量添加元素Sc、Mn对Mg-Gd合金组织性能的影响

论文摘要

镁合金具有密度低、比强度高、电磁屏蔽好、切削加工性好等优点,早已引起航天、航空和汽车工业的关注。但是大多数镁合金高温力学性能较差,这严重限制了镁合金的广泛应用。通过在Mg-Gd合金的基础上添加微量元素引入一种高温稳定的强化相,开发出一种新型的、有潜力的耐热镁合金。利用光学显微镜（OM）、带能谱分析的扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、Gleeble热模拟机等分析手段,研究了微量Zr、Mn以及Sc、Mn复合添加对Mg-Gd合金组织的影响;优化了热处理制度,分析了微量Sc、Mn对Mg-Gd合金时效硬化性能的影响;研究了Mg-Gd-Sc-Mn合金热压缩变形行为。得到如下结论:（1）Zr通过促进异质形核显著细化了Mg-Gd合金的铸锭晶粒组织。520℃长时间均匀化处理导致了晶粒快速长大,Zr的添加对热挤压后合金晶粒组织没有细化作用;Mn的添加对铸态Mg-Gd合金组织没有明显影响,但能有效地细化合金热加工后的晶粒组织;微量Sc、Mn复合添加是Mg-Gd合金最有效的细化剂。（2）确立了Mg-5.02Gd-0.71Sc-1.08Mn合金最佳的固溶处理制度是615℃下保温24h。合金在420℃～600℃固溶时,合金中有大量细小粒子出现,250℃时效处理过程中,合金几乎没有时效硬化效果。615℃保温24h后,合金的时效硬化效果得到显著加强。在200℃、250℃、300℃和350℃下时效时的峰值硬度比初始值分别提高了65.12%、47.62%、33.33%和23.81%。Mg-5Gd在250℃不具有时效硬化效果。（3）Mg-10.2Gd-0.8Sc-1.7Mn合金在变形温度为300℃～500℃、应变速率为0.001～1s-1范围内变形时的真应力-真应变曲线为动态再结晶型,流变应力随着应变速率的增大而增大,随着温度的升高而降低。在350℃～450℃实验合金的变形激活能变化不大,在450℃～500℃有很大增加。（4）Mg-10.2Gd-0.8Sc-1.7Mn合金在热变形过程中发生了动态再结晶,变形温度和变形程度对合金再结晶组织有很大的影响;合金适宜的挤压温度为400℃～450℃。420℃下挤压后合金具有良好的高温力学性能,峰值时效态合金在300℃下的抗拉强度达到275MPa,延伸率约为40%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 镁合金的特点和应用
• 1.1.1 镁合金的特点
• 1.1.2 镁合金的发展与应用
• 1.1.3 镁合金应用中存在的主要问题
• 1.2 耐热镁合金
• 1.2.1 耐热镁合金材料设计依据
• 1.2.2 耐热镁合金主要研究体系
• 1.2.3 稀土耐热镁合金
• 1.3 含钪系耐热镁合金
• 1.4 本论文的研究目的及内容
• 第二章 实验步骤及检测方法
• 2.1 合金制备
• 2.1.1 原料与设备
• 2.1.2 熔炼与浇铸
• 2.2 挤压实验
• 2.3 热模拟压缩实验
• 2.4 实验检测方法
• 2.4.1 光学金相显微观察
• 2.4.2 扫描电镜观察
• 2.4.3 透射电镜观察
• 2.4.4 硬度测量
• 2.4.5 高温拉伸实验
• 第三章 微量添加元素对Mg-Gd合金组织的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验过程
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 铸态组织
• 3.3.2 均匀化过程中的组织转变
• 3.3.3 挤压态组织
• 3.4 讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 Mn、Sc添加元素对Mg-Gd合金时效硬化性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程
• 4.3 铸态组织
• 4.4 固溶处理制度的优化
• 4.4.1 520℃/24h固溶处理后合金的组织及时效硬化曲线
• 4.4.2 不同固溶处理后合金的组织
• 4.5 热处理制度优化后合金的时效硬化效果
• 4.6 讨论
• 4.7 本章小结
• 第五章 Mg-Gd-Sc-Mn合金热压缩变形行为的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验过程
• 5.3 合金铸态及均匀化后的显微组织
• 5.4 热压缩变形的真应力—真应变曲线分析
• 5.4.1 合金的真应力—真应变曲线
• 5.4.2 合金流变应力的影响因素及变形激活能的确定
• 5.5 热压缩过程中的组织演变
• 5.6 讨论
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文