Mg-Zn-Cu合金显微组织和力学性能研究

论文摘要

镁合金作为质量最轻的金属结构材料之一,具有密度低、比强度和比刚度高、减震性好、可回收等优点,在汽车、航空航天等方面具有广阔应用前景,但其强度低、塑性变形困难、耐蚀性差等问题也严重限制其开发与应用。本文以获得低成本高强镁合金为研究目标,以Mg-Zn-Cu三元合金和进一步添加Y和Zr的Mg-Zn-Cu-Y-Zr五元合金为研究对象,通过改变合金中的Zn、Cu和Y含量,研究以上两类合金的合金组成对挤压变形与热处理后的微观组织与力学性能的影响规律,以此优化合金组成与工艺制度。研究取得如下主要结论：（1） Mg-Zn-Cu三元合金主要析出相是α-Mg、Mg（Zn, Cu）2、CuMgZn、Mg2Cu、Cu5Zn8。随Cu、Zn含量增加,MgZn2、MgZnCu和Cu5Zn8含量增加,同时合金组织晶粒逐渐细化；Mg-Zn-Cu-0.4Y-0.6Zr五元合金主要析出相是(-Mg、Mg（Zn, Cu）2、CuMgZn、Mg2Cu、 Cu5Zn8、X（Mg12 YZn）,I（Mg3YZn6）。随着Zn含量增加,合金组织晶粒先细化后又粗化,晶间析出物逐渐增多；与模铸相比,半连铸组织中第二相分布更均匀；（2）Zn、Cu含量和挤压温度均对三元和五元合金的挤压态力学性能有显著影响。三元合金中,Mg-4Zn-1Cu和Mg-8Zn-5Cu在250℃挤压有较高力学性能,其余合金均在150℃挤压有更高的力学性能；而五元合金中,Mg-（4,6）Zn-1Cu-0.4Y-0.6Zr口Mg-8Zn-5Cu-0.4Y-0.6Zr合金在250℃挤压有较高力学性能,其余合金均在150-C挤压有更高的力学性能；（3）T5热处理时,三元合金中,除Mg-8Zn-5Cu合金150℃挤压材热处理后强度上升外,其余组成与挤压条件均变化不大或降低；五元合金中,除Mg-4Zn-5Cu-0.4Y-0.6Zr和Mg-8Zn-5Cu-0.4Y-0.6Zr合金150℃挤压材热处理后强度上升外,其余组成与挤压条件均变化不大或降低；（4）三元合金中,组成为Mg-6Zn-5Cu的合金在150℃挤压后强度最高,其力学性能为抗拉强度为304.4MPa,屈服强度为285.1MPa,伸长率为18.6‰五元合金中,组成为Mg-4Zn-3Cu-0.4Y-0.6Zr的合金在两种温度挤压后强度均高且差别不大,但高温挤压伸长率大。250℃挤压的力学性能为抗拉强度325.9 MPa,屈服强度322.2MPa,伸长率15.4%。T5处理后,强度最高的为Mg-4Zn-5Cu-0.4Y-0.6Zr合金150℃挤压材,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为370MPa、354.2MPa和15.4%。（5）Mg-6Zn-5Cu-1Y-0.6Zr合金半连铸锭坯150℃挤压材的力学性能较好。其力学性能为：抗拉强度402.1MPa,屈服强度3665MPa,申长率7.1%,且T5热处理后变化不大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 镁合金概况
• 1.2 主要合金元素对镁合金的作用
• 1.3 强化机制
• 1.3.1 固溶强化
• 1.3.2 沉淀强化
• 1.3.3 细晶强化
• 1.3.4 形变强化
• 1.3.5 弥散强化
• 1.3.6 准晶强化
• 1.4 镁合金的塑性变形机制
• 1.5 镁合金挤压工艺
• 1.6 Mg-Zn二元合金
• 1.6.1 Mg-Zn-Cu合金
• 1.6.2 含稀土Mg-Zn-Cu合金
• 1.6.3 Mg-Zn-Cu合金的研究现状
• 1.6.4 Mg-Zn-Cu合金组织及合金相的研究现状
• 1.7 本课题研究的目的和主要内容
• 第二章 实验研究方案和内容
• 2.1 实验设备
• 2.1.1 熔铸设备
• 2.1.2 实验材料及合金的配置
• 2.1.3 熔铸工艺
• 2.2 挤压设备
• 2.3 均匀化处理
• 2.4 镁合金挤压工艺
• 2.5 组织观察
• 2.5.1 铸态Mg-Zn-Cu合金取样方式
• 2.5.2 金相组织观察与分析
• 2.5.3 扫描电镜（SEM）及能谱分析
• 2.5.4 XRD波谱分析
• 2.6 拉伸力学性能测试
• 2.7 试验工艺流程图
• 第三章 Mg-Zn-Cu合金铸态析出相与微观组织研究
• 3.1 Mg-Zn-Cu三元合金析出相与微观组织研究
• 3.1.1 Mg-Zn-Cu三元合金的析出相分析
• 3.1.2 Zn含量对Mg-xZn-5Cu三元合金析出相和微观组织的影响
• 3.1.3 Cu含量对Mg-Zn-Cu三元合金析出相和微观组织的影响
• 3.2 Mg-Zn-Cu-Y-Zr五元合金析出相与组织研究
• 3.2.1 Mg-Zn-Cu-Y-Zr五元合金的析出相分析
• 3.2.2 Zn元素对Mg-Zn-Cu-Y-Zr五元合金铸态组织的影响
• 3.2.3 Y、Zr元素对Mg-Zn-Cu合金铸态组织的影响
• 3.3 半连铸Mg-Zn-Cu-Y-Zr合金的析出相和组织研究
• 3.3.1 Mg-6Zn-5Cu-1Y-0.6Zr模铸与半连铸微观组织对比
• 3.3.2 Y元素对半连铸Mg-Zn-Cu-Y-Zr合金铸态微观组织的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 Mg-Zn-Cu合金反向温挤工艺研究
• 4.1 Zn、Cu含量对Mg-Zn-Cu三元合金挤压态力学性能的影响
• 4.1.1 150℃挤压Mg-Zn-Cu三元合金力学性能
• 4.1.2 250℃挤压Mg-Zn-Cu三元合金力学性能
• 4.1.3 挤压温度对Mg-Zn-Cu合力学性能的影响
• 4.2 Mg-Zn-Cu合金挤压态微观组织研究
• 4.2.1 Zn含量对150℃挤压Mg-Zn-Cu合金微观组织的影响
• 4.2.2 Cu含量对150℃挤压Mg-Zn-Cu合金微观组织的影响
• 4.2.3 Zn含量对250℃挤压Mg-Zn-Cu合金微观组织的影响
• 4.2.4 Cu含量对250℃挤压Mg-Zn-Cu合金微观组织的影响
• 4.3 半连铸Mg-Zn-Cu合金力学性能及微观组织
• 4.3.1 铸造方法对合金力学性能的影响
• 4.3.2 半连铸合金的微观组织观察
• 4.4 本章小结
• 第五章 Mg-Zn-Cu合金的热处理制度研究
• 5.1 Mg-Zn-Cu合金的时效行为研究
• 5.1.1 150℃挤压棒材时效行为研究
• 5.1.2 250℃挤压棒材时效行为研究
• 5.2 Mg-Zn-Cu合金挤压态热处理微观组织研究
• 5.2.1 时效处理对Mg-Zn-Cu合金微观组织的影响
• 5.3 半连铸合金的热处理制度研究
• 5.3.1 时效处理对Mg-Zn-Cu合金硬度的影响
• 5.3.2 Mg-Zn-Cu合金的时效硬度峰值及热处理制度的确定
• 5.3.3 热处理对Mg-Zn-Cu合金力学性能的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢