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准晶增强Mg-Zn-Y合金的ECAP变形组织及力学性能

2020-11-22阅读(182)

准晶增强Mg-Zn-Y合金的ECAP变形组织及力学性能

论文摘要

镁及镁合金作为目前工业应用中最轻的结构材料之一，具有良好的应用前景，然而由于镁合金自身强度较低、抗氧化性能差以及高温抗蠕变性能差等问题，使其作为某些结构件的应用受到限制，为进一步扩大其应用，人们采用了多种方法来提高其综合力学性能。二十面体准晶相（Ⅰ-phase，下同）由于其特殊的结构而具有优异的力学性能，如高强度、高硬度等，将Ⅰ-phase作为一种增强相引入到镁合金中可大大提高镁合金的力学性能，为新型镁合金的开发和实际应用提供了一种新途径。 本文采用常规铸造法制备了含有粗大网状二十面体准晶晶界相和α-Mg两相组织的Mg-Zn-Y合金。研究了合金含量及Zn／Y比对Mg-Zn-Y合金显微组织和力学性能的影响，探讨了热处理工艺对合金中相析出行为及Ⅰ-phase热稳定性。以时效处理后的Mg-Zn-Y合金为研究对象，研究了两种塑性变形工艺（常规热挤压和等径角挤压变形）对合金显微组织和力学性能的影响，并对合金的细化机制、断裂行为和强化机制进行了研究。 研究结果表明，在Y含量为0.3at.％～2.0at.％，Zn含量为1.7at.％～6.0at.％的富镁Mg-Zn-Y合金中，合金的铸态组织及相组成取决于Zn／Y比和Zn含量，Zn／Y比为6时，合金的铸态组织由α-Mg基体和晶界上富镁相与二十面体准晶两相共晶组织组成；在所研究的合金成分范围内，合金中Ⅰ-phase的形成及其体积分数与合金的凝固速度有关，采用快速凝固的方法得到的合金中，由于第二相的形核及长大受到抑制，形成的Ⅰ-phase的体积分数相对于常规铸造工艺下制备的合金中Ⅰ-phase的含量有所减少，同时发现，合金的极限抗拉强度和屈服强度随合金中Ⅰ-phase体积分数的增加而增加，但合金的延伸率略有降低：在400℃、24h的热处理工艺下，Mg95Zn4.3Y0.7合金基体上有球形Ⅰ-phase析出，且析出的Ⅰ-phase在随后的时效处理中表现出热稳定性；在190℃不同时效时间下合金基体中的析出相为密排六方结构的MgZn2相，其析出行为和Mg-Zn二元合金类似。 Mg-Zn-Y合金的热挤压结果表明，通过挤压变形可以显著细化合金的晶粒组织，合金的晶粒大小可由变形前的40～60μm减小到8～15μm，在挤压过程中位于晶界的Ⅰ-phase被破碎并较均匀地分布在基体合金中，随着挤压比的增大，挤压温度的降低，晶粒进一步细化，Ⅰ-phase的弥散程度增加。挤压变形可以显著地提高Mg-Zn-Y合金的强度、硬度和延伸率；随着挤压比的增大，合金的强度、硬度和延伸率均有所增加；在所研究的三种合金中，Mg95Zn4.3Y(0.7合金在523K以25：1的挤压比挤压后，具有较高力学性能，其极限抗拉强度为287MPa，屈服强度为203MPa，延伸率为14.1％。 对于经过预挤压后Mg-Zn-Y合金的ECAP变形结果表明，等径角挤压（ECAP）对于预挤压态Mg-Zn-Y合金组织的细化是一个不断加强的过程，1道次ECAP变形后，在一些粗大晶粒之间分布着许多细小的晶粒，随变形道次的增加，原始粗大晶粒消失，形成均匀细小的等轴晶粒，平均晶粒尺寸为1～3μm，

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 前言
  • 1.2 镁及镁合金的强化机制
  • 1.2.1 合金化强化
  • 1.2.2 热处理强化
  • 1.2.3 复合强化
  • 1.2.4 细晶强化
  • 1.3 准晶增强镁合金的研究进展
  • 1.3.1 准晶及其性能
  • 1.3.2 准晶增强相的应用
  • 1.3.3 含准晶相粒子Mg-Zn-Y合金的研究
  • 1.4 等径角挤压（ECAP）制备超细晶镁合金的研究及应用
  • 1.4.1 ECAP的变形机理及其研究进展
  • 1.4.2 ECAP工艺参数对材料性能的影响
  • 1.4.3 ECAP制备超细晶镁合金的研究现状
  • 1.5 本课题的研究目的和主要研究内容
  • 参考文献
  • 第二章 试验方案及研究方法
  • 2.1 技术路线及研究方案
  • 2.2 主要试验设备
  • 2.3 试验用原材料及辅助用料
  • 2.4 合金的熔铸工艺
  • 2.5 铸态合金的相变研究
  • 2.5.1 热分析
  • 2.5.2 热处理工艺
  • 2.5.3 急冷甩带试验
  • 2.6 合金的预挤压试验
  • 2.7 合金的ECAP试验
  • 2.8 显微组织观察和力学性能测试
  • 2.8.1 显微组织观察
  • 2.8.2 显微硬度测试
  • 2.8.3 拉伸性能测试
  • 第三章 Mg-Zn-Y合金准晶相形成及其组织控制
  • 3.1 Zn／Y比对Mg-Zn-Y合金组织形成和力学性能的影响
  • 3.2 凝固速度对Mg-Zn-Y合金组织的影响
  • 3.3 Mg-Zn-Y合金中准晶相的析出及其热稳定性研究
  • 3.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第四章 准晶增强Mg-Zn-Y合金的预挤压工艺
  • 4.1 挤压Mg-Zn-Y合金的塑性变形行为
  • 95Zn4.3Y0.7合金的显微组织'>4.2 挤压Mg95Zn4.3Y0.7合金的显微组织
  • 95Zn4.3Y0.7合金的显微组织'>4.2.1 不同挤压温度下Mg95Zn4.3Y0.7合金的显微组织
  • 95Zn4.3Y0.7合金的显微组织'>4.2.2 不同挤压比下Mg95Zn4.3Y0.7合金的显微组织
  • 95Zn4.3Y0.7合金的力学性能'>4.3 挤压Mg95Zn4.3Y0.7合金的力学性能
  • 95Zn4.3Y0.7合金的显微硬度'>4.4.1 挤压Mg95Zn4.3Y0.7合金的显微硬度
  • 95Zn4.3Y0.7合金的拉伸性能'>4.4.2 挤压Mg95Zn4.3Y0.7合金的拉伸性能
  • 95Zn4.3Y0.7合金断口形貌分析'>4.4 挤压Mg95Zn4.3Y0.7合金断口形貌分析
  • 4.5 合金含量对挤压Mg-Zn-Y合金组织和性能的影响
  • 4.6 结果分析与讨论
  • 4.7 本章小结
  • 参考文献
  • 第五章 准晶增强Mg-Zn-Y合金的ECAP变形组织与力学性能
  • 5.1 Mg-Zn-Y合金预挤压与ECAP过程的相关性
  • 95Zn4.3Y0.7合金的显微组织'>5.2 ECAP变形Mg95Zn4.3Y0.7合金的显微组织
  • 95Zn4.3Y0.7合金显微组织的影响'>5.2.1 ECAP变形道次对Mg95Zn4.3Y0.7合金显微组织的影响
  • 95Zn4.3Y0.7合金显微组织的影响'>5.2.2 ECAP变形工艺路线对Mg95Zn4.3Y0.7合金显微组织的影响
  • 95Zn4.3Y0.7合金的XRD分析'>5.3 ECAP变形Mg95Zn4.3Y0.7合金的XRD分析
  • 95Zn4.3Y0.7合金的力学性能'>5.4 ECAP变形Mg95Zn4.3Y0.7合金的力学性能
  • 5.4.1 显微硬度
  • 5.4.2 拉伸性能
  • 95Zn4.3Y0.7合金的断口形貌'>5.5 ECAP变形Mg95Zn4.3Y0.7合金的断口形貌
  • 5.6 合金含量对ECAP变形Mg-Zn-Y合金组织的影响
  • 5.7 合金含量对ECAP变形Mg-Zn-Y合金力学性能的影响
  • 5.8 本章小结
  • 参考文献
  • 第六章 ECAP变形Mg-Zn-Y合金的晶粒细化和准晶相强化机制
  • 6.1 ECAP变形过程中晶粒细化的影响因素
  • 6.1.1 合金的晶体结构
  • 6.1.2 ECAP变形前合金的显微组织
  • 6.1.3 ECAP变形过程中的剪切特征及剪切应变量
  • 6.1.4 其它影响因素
  • 6.2 ECAP变形Mg-Zn-Y合金的晶粒细化及准晶相弥散过程
  • 6.3 ECAP变形Mg-Zn-Y合金晶粒细化机制
  • 6.3.1 基体剪切变形机制
  • 6.3.2 准晶粒子剪切及钉扎机制
  • 6.4 ECAP变形Mg-Zn-Y合金强化机制
  • 6.4.1 细晶强化机制
  • 6.4.2 第二相粒子强化机制
  • 6.4.3 位错强化机制
  • 6.5 本章小结
  • 参考文献
  • 第七章 结论
  • 致谢
  • 攻读博士期间发表的论文和获得的奖励
  • 学位论文评阅及答辩情况表

    • 相关论文文献

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