Mg-4%Al-0.8%Sb-xRE合金显微组织和力学性能的研究

论文摘要

镁是地壳中储藏量较多（2.77%）的金属元素之一,仅次于铝和铁而居于第三位。镁合金密度一般小于2g/cm3,是目前最轻的金属结构材料之一,其比强度高于铝合金和钢,略低于比强度最高的纤维增强塑料;比刚度与铝合金和钢相当,远高于纤维增强塑料;机械加工性能优良,且加工成本低,加工能量仅为铝合金的70%;耐磨性能比低碳钢好得多,己超过压铸铝合金A380;减振性能、磁屏蔽性能远优于铝合金;并且还有高的导热和导电性能以及无毒性的特点,综合性能优良的镁合金在汽车、航天航空、军工、电子通讯等领域里有广阔的应用前景。目前应用最广的AZ91合金具有较高的室温强度,优良的铸造工艺性能以及低成本等优点,但该类合金的高温力学性能差,长期使用温度不能超过120℃。虽然具有良好高温性能的Mg-Al-Si和Mg-Al-RE合金已被开发出来,但它们的铸造性能差或者成本较高限制了其在铸造领域的应用。因此,开发出低成本并且具有良好室温、高温性能的新型镁合金的基础研究与工程化应用技术就迫在眉睫。本研究以AE42镁合金为基础,以镁合金高温强化元素—Sb,取代部分稀土元素,用真空精炼、无氧化金属型重力铸造方法,制备了Mg-4%Al-0.8%Sb-xRE 4种合金,通过测试分析、研究探讨了本实验体系中镁合金的成分、显微组织结构和室温、高温力学性能的变化规律及其作用机理。本研究用真空电阻熔炼炉对其进行了精炼,并得到了所需的合金试样。利用火花原子放射光谱仪、等离子体光谱仪、X射线衍射仪、PS-168型电化学测量系统、金相显微镜、扫描电镜、室温、高温拉伸试验机等手段,分析、研究了合金显微组织、室温高温力学性能的变化,并探讨了合金元素对合金组织性能影响的机理。通过试验与分析,得出以下结论:（1）AE42镁合金主要由α-Mg基体相及Al11RE3相组成,Al11RE3相主要以针状及短棒状分布在基体中。Mg-4%Al-0.8%Sb-xRE镁合金中出现了RE-Sb相,该相以颗粒状形态弥散分布在基体中,同时合金中的Al11RE3相变短变细,且随着合金中稀土含量的减少而逐渐减少,直至消失。（2）在本实验条件下,AE42镁合金在室温、150℃、175℃、200℃下的抗拉强度分别为214、160、130、110MPa,同时具有很高的屈服强度和延伸率。Mg-4%Al-0.8%Sb-xRE镁合金中稀土含量为1.3%时该合金的力学性能达到了AE42的力学水平;当合金中稀土含量达到1.5%时,合金的力学性能稍高于AE42。（3）本实验条件下,AE42镁合金具有良好的耐腐蚀性能,加入Sb元素后合金的耐腐蚀性能明显降低,且随着合金中稀土含量的增大而降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章. 绪论
• 1.1 镁及镁合金简介
• 1.1.1 镁及镁合金的特性
• 1.1.2 镁及镁合金的应用
• 1.1.3 耐热镁合金的发展情况
• 1.2 SB及其化合物简介
• 1.2.1 锑的性质和分布
• 1.2.2 锑的化合物的性质及用途
• 1.3 镁合金强化方式
• 1.3.1 固溶强化
• 1.3.2 第二相强化
• 1.3.3 晶界强化
• 1.4 本论文研究内容、目的及意义
• 参考文献
• 第二章. 实验原理与方法
• 2.1 合金成分设计
• 2.2 实验用原料
• 2.3 镁合金的精炼工艺及过程
• 2.3.1 试验设备
• 2.3.2 试验前的准备
• 2.3.3 精炼及浇注过程
• 2.4 分析测试方法
• 2.4.1 合金成分分析
• 2.4.2 组织观察
• 2.4.3 X 射线衍射分析
• 2.4.4 力学性能测试
• 2.4.5 腐蚀性能测试
• 参考文献
• 第三章. Mg-4%Al-0.8%Sb-xRE 镁合金的显微组织和力学性能
• 3.1 实验合金的显微组织
• 3.1.1 AE42 镁合金的显微组织
• 3.1.2 Mg-4%Al-0.8% Sb-xRE 镁合金的显微组
• 3.1.3 RE 对 Mg-4%Al-0.8%Sb-xRE 镁合金析出强化相的影响
• 3.2 试验镁合金的力学性能
• 3.2.1 AE42 及Mg-4%Al-0.8%Sb-xRE 镁合金的室温力学性
• 3.2.2 AE42 及Mg-4%Al-0.8%Sb-xRE 镁合金的高温温力学性
• 3.3 试验镁合金组织、力学性能机理探讨
• 3.3.1 AE42 镁合金中稀土相分析
• 3.3.2 Mg-4%Al-0.8% Sb-xRE 镁合金中强化相形成机
• 3.3.3 试验合金力学性能的分析
• 3.3.4 稀土对镁合金熔液的净化作用
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章. Mg-4%Al-0.8%Sb-xRE 镁合金腐蚀性能
• 4.1 腐蚀形貌
• 4.2 AE42 及 Mg-4%Al-0.8%Sb-xRE 镁合金极化曲线对比
• 4.3 腐蚀产物分析
• 4.4 腐蚀机理分析
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章.结论
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文