Mg-Gd-Y-Zr合金组织与力学性能研究

论文摘要

Mg-Gd-Y-Zr合金是性能优良的高强镁合金,在国防和航空航天工业具有广泛的应用前景。但是该合金的铸造和塑性加工性能差。本文采用低频电磁铸造技术制备了一系列Mg-Gd-Y-Zr合金,详细研究了铸态组织和力学性能、均匀化热处理工艺、热压缩行为、挤压工艺及挤压棒材经不同热处理方法处理后的合金组织和力学性能。为该合金的发展提供了大量基础工作。采用低频电磁铸造技术制备的Mg-Gd-Y-Zr系合金锭坯,铸态组织主要组成相是a-Mg、Mg24（GdY）5、Mg3 Gd、Mg2Gd和Mg5Gd;添加Ag（1%）没有新相形成,主要以固溶状态存在。第二相主要有块状、颗粒状和片层状3种形态,其大多分布在晶界或枝晶界处,少量分布在晶内。该合金的最佳均匀化退火制度为500℃×8h。Mg-Gd-Y-Zr镁合金铸锭热压缩流变特征及微观组织观察表明：热压缩过程中发生了动态再结晶。实验得出了变形的真应力应变曲线,并利用本构方程拟合出表观激活能,分析了温度、应变速率及应变量对微观组织的影响。热压缩结果表明,Mg-10Gd-3Y-0.6Zr-1Ag合金塑性变形的表观激活能为180kJ/mol,其热加工宜在360℃-400℃温度范围内进行。Mg-Gd-Y-Zr合金挤压过程中,随着挤压温度的降低,晶粒细化,时效后的力学性能提高。通过一系列二次挤压温度的比较,确定360℃为最佳二次挤压温度。在该温度二次挤压的合金T5态的力学性能明显高于T4和T6状态。经过200℃,68h的时效处理,其抗拉强度达到465MPa,屈服强度达到398 MPa,延伸率为8%。预变形量为3%-7.5%时,应变时效可以显著提高Mg-Gd-Y-Zr合金的力学性能。经过3%预应变,200℃x71h时效后,合金抗拉强度达到为480 MPa,屈服强度达到431MPa,延伸率在左右7%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外发展的现状
• 1.1.1 镁及镁合金
• 1.1.2 镁合金的新进展
• 1.1.3 我国耐热镁合金的发展现状与趋势
• 1.2 稀土元素和镁合金
• 1.2.1 稀土在镁合金中的主要作用
• 1.2.2 稀土镁合金的发展
• 1.3 本研究的目的意义
• 1.4 课题研究内容
• 第二章 实验方法
• 2.1 技术路线和研究内容
• 2.2 合金的熔炼
• 2.2.1 实验材料及配料的计算
• 2.2.2 合金的熔炼过程
• 2.2.3 合金的名义成分和实测成分
• 2.3 试验设备
• 2.4 实验内容和方法
• 2.4.1 金相组织观察
• 2.4.2 扫描电镜实验
• 2.4.3 X射线衍射实验
• 2.4.4 热压缩实验
• 2.4.5 硬度测定
• 2.4.6 热挤压实验
• 2.4.7 力学性能实验
• 2.4.8 合金的热处理工艺
• 2.4.9 断口分析
• 第三章 铸态Mg-Gd-Y-Zr合金及其热处理制度研究
• 3.1 铸态Mg-Gd-Y-Zr合金的显微组织和相组成
• 3.1.1 合金成分对Mg-Gd-Y-Zr合金系的铸态组织的影响
• 3.1.2 Mg-Gd-Y-Zr合金系的相分析
• 3.2 均匀化退火对Mg-Gd-Y-Zr系合金的显微组织的影响
• 3.3 固溶和时效制度对Mg-Gd-Y-Zr合金组织和性能的影响
• 3.3.1 固溶和时效处理对Mg-10Gd-4Y-0.6Zr组织的影响
• 3.3.2 固溶和时效处理对Mg-Gd-Y-Zr系合金性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 Mg-Gd-Y-Zr合金热压缩变形行为
• 4.1 Mg-Gd-Y-Zr合金系的热压缩组织
• 4.1.1 热压缩变形温度对Mg-10Gd-4Y-0.6Zr合金组织的影响
• 4.1.2 应变速率对Mg-10Gd-4Y-0.6Zr合金的热压缩组织的影响
• 4.2 Mg-Gd-Y-Zr合金的真应力-真应变曲线
• 4.3 Mg-10Gd-3Y-0.6Zr-1Ag变形激活能的计算
• 4.4 本章小结
• 第五章 Mg-Gd-Y-Zr系合金挤压变形工艺研究
• 5.1 一次挤压对Mg-10Gd-3Y-0.6Zr合金组织和性能的影响
• 5.1.1 一次挤压对Mg-10Gd-3Y-0.6Zr合金组织的影响
• 5.1.2 热处理对Mg-10Gd-3Y-0.6Zr合金一次挤压棒组织的影响
• 5.1.3 热处理对Mg-10Gd-3Y-0.6Zr合金一次挤压棒性能的影响
• 5.2 二次挤压制度对Mg-10Gd-3Y-0.6Zr合金组织和性能的影响
• 5.2.1 挤压温度对Mg-10Gd-3Y-0.6Zr合金组织与性能的影响
• 5.2.2 时效处理对Mg-10Gd-3Y-0.6Zr合金性能的影响
• 5.2.3 Mg-10Gd-3Y-0.6Zr合金的拉伸断口分析
• 5.2.4 应变时效处理对Mg-10Gd-3Y-0.6Zr性能的影响
• 5.3 本章小节
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢