Mg-Zn-Y镁合金高压凝固组织与相演变研究

论文摘要

本文以Mg-Zn-Y三元合金为主要研究对象,采用6GPa高压凝固工艺,结合金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计研究了高压凝固对Mg-Zn-Y合金显微组织及力学性能的影响；通过XRD, DSC, TEM分析,研究了高压凝固对Mg-Zn-Y合金第二相的影响,探讨了热处理工艺对Mg-Zn-Y合金高压凝固第二相的稳定性。主要结果如下：1.与常压凝固相比,Mg-Zn-Y合金在高压下凝固,二次枝晶间距减小,枝晶形态更加完整,一次枝晶臂增长,枝晶间第二相数量、尺寸减少,第二相形态也由点状变成针状。2.在Mg-Zn-Y合金高压凝固时,Y在α-Mg基体中固溶度显著增加,Mg-6Zn-1Y合金由常压下的14.628%增加到高压下的48.725%, Mg-6Zn-3Y合金由常压下的19.124%增加到高压下19.757%。同时, Mg-Zn-Y合金高压凝固后,显微硬度明显提高。Mg-6Zn-1Y合金提高幅度约为41%;Mg-6Zn-3Y合金提高幅度约为30%。3.常压下凝固时Mg-6Zn-lY合金是由a-Mg相、Mg7Zn3和Mg3Zn6Y组成,Mg-6Zn-3Y合金在常压凝固时由a-Mg相、Mg3Y2Zn3和Mg3Zn6Y组成；高压后Mg-Zn-Y合金均生成MgZn和Mg12ZnY.在6GPa高压凝固时第二相的尺寸减小,Mg-6Zn-1Y合金第二相由常压下的300nm变为高压下的50nm; Mg-6Zn-3Y合金第二相由常压下100nm变为高压下的50nm。同时,高压凝固还使Mg-Zn-Y合金的相结构发生改变,Mg-Zn-Y合金生成的新相Mg12ZnY结构为18R长程调制结构；MgZn为R结构,晶格常数a=25.578A.4.对Mg-Zn-Y合金在6GPa高压下凝固过程进行了理论分析和计算,结果表明：高压凝固条件下,溶质扩散系数减小了3个数量级,是二次枝晶间距减小的主要原因；高压下合金熔体的热过冷度、成分过冷度和动力学过冷度均增加,对枝晶形态起到主要的影响作用。5.对高压凝固合金时效处理后发现,Mg-Zn-Y合金6GPa高压凝固所形成的相在时效处理过程中逐渐变得不稳定,Mg-Zn-Y合金6GPa高压凝固试样经200℃×12h时效处理后亚稳相MgZn先转化为中间亚稳相MgZn2;随时效时间的延长,亚稳相MgZn2转化成稳定的Mg7Zn3相。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 镁与镁合金的特点及应用
• 1.2 Mg-Zn基合金的研究现状
• 1.2.1 Mg-Zn二元合金
• 1.2.2 Mg-Zn-RE三元合金
• 1.3 Mg-Y合金与Mg-Zn-Y合金
• 1.3.1 Mg-Y合金
• 1.3.2 Mg-Zn-Y合金
• 1.4 高压科学与技术在材料科学中的发展及应用现状
• 1.4.1 高压技术概念及发展
• 1.4.2 研究高压科学的意义
• 1.4.3 高压科学技术在材料科学中的应用
• 1.5 高压对材料凝固过程的影响
• 1.5.1 常压凝固
• 1.5.2 凝固晶体的生长方式与生长速率
• 1.5.3 高压对晶体凝固的影响
• 1.5.4 高压对合金各参数的影响
• 1.6 高压对凝固组织的影响
• 1.6.1 高压对Al合金凝固组织的影响
• 1.6.2 高压对Al-Ni-Y合金凝固组织的影响
• 1.7 论文主要研究内容
• 第2章 实验方法与过程
• 2.1 高压凝固Mg-Zn-Y合金的制备
• 2.2 高压凝固实验
• 2.3 测试分析方法
• 2.3.1 显微组织观察
• 2.3.2 X射线衍射分析
• 2.3.3 透射电镜观察
• 2.3.4 差热分析
• 2.3.5 显微硬度测试
• 第3章 高压对Mg-Zn-Y合金组织和力学性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 高压对Mg-Zn-Y合金凝固组织的影响
• 3.2.1 Mg-Zn-Y合金常压凝固组织
• 3.2.2 Mg-Zn-Y合金高压凝固组织
• 3.2.3 Mg-Zn-Y合金常压凝固组织扫描电镜分析结果
• 3.2.4 Mg-Zn-Y合金高压凝固组织扫描电镜分析结果
• 3.2.5 高压对Mg-Zn-Y合金显微硬度的影响
• 3.3 Mg-Zn-Y合金高压凝固显微组织变化机理
• 3.3.1 高压对熔体热过冷的影响
• 3.3.2 高压对熔体成分过冷的影响
• 3.3.3 高压对动力学过冷度的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 高压凝固对Mg-Zn-Y合金相的影响
• 4.1 引言
• 4.2 高压凝固Mg-Zn-Y合金的X射线衍射分析
• 4.3 常压及高压凝固时Mg-Zn-Y合金试样的差热分析
• 4.4 常压及高压凝固时Mg-Zn-Y合金的物相鉴定
• 4.4.1 常压凝固时Mg-Zn-Y合金的第二相
• 4.4.2 高压凝固时Mg-Zn-Y合金的第二相
• 4.5 6GPa高压凝固条件下第二相的形成机理
• 4.5.1 压力对形核功的影响
• 4.5.2 压力对形核率的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 Mg-Zn-Y合金高压凝固相的稳定性
• 5.1 引言
• 5.2 200℃×12h时效处理后显微组织及相的变化
• 5.2.1 200℃×12h时效处理对高压凝固试样显微组织的影响
• 5.2.2 200℃×12h时效处理对高压凝固试样相的影响
• 5.3 200℃×24h时效处理后显微组织及相的变化
• 5.4 高压凝固Mg-Zn-Y合金时效热处理后相的变化过程
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢