复合稀土（Y+Gd）、Ca和Sb对ZA63镁合金组织和力学性能的影响

论文摘要

Mg-Zn-Al（ZA）系合金是通过增加Zn含量和控制Zn/Al的比值而开发出的新型镁合金,该系合金的特点是尽量利用低成本的合金元素来改善合金的综合性能。ZA系合金被认为是一种有发展前途的高温抗蠕变镁合金,但目前人们对它的研究却非常有限,本论文利用合金化方法研究了一些合金元素对ZA63（Mg-6%Zn-3%Al-0.25Mn）镁合金的显微组织和力学性能的影响,并确定各合金元素的最佳加入量,为进一步拓宽ZA系镁合金的应用领域提供合金设计思路和理论依据。本文通过合金制备、热处理、微观分析和力学性能测试等方法,研究了复合稀土（Y+Gd）、碱土元素Ca和第ⅴ主族元素Sb对ZA63合金的显微组织和力学性能的影响。在ZA63合金中加入0～2.0wt%复合稀土（Y+Gd）的研究表明:当向ZA63合金中加入适量复合稀土元素后,没有检测到合金中有新相生成,但合金晶粒有所细化,晶界处的半连续网状τ相转变为棒状均匀分布,ε相由岛状变为细小颗粒状弥散分布。当Y、Gd复合添加量为1.5wt%时,固溶时效态合金的室温和高温力学性能达到最好,其在室温、150℃和175℃下的抗拉强度分别达到分别为248.7MPa、198.4MPa和184.6MPa最大值,其中室温强度较未添加稀土的合金相比提高达34.7%。ZA63+RE合金的伸长率随拉伸温度的提高而增加,同一温度下,稀土含量为1.5wt%的合金伸长率最高,塑性最好。在ZA63合金中加入0～1.5wt%Ca元素的研究表明:当向ZA63合金中加入适量Ca元素后,铸态和固溶时效态ZA63合金的组织显著细化,在晶界和晶内形成了高熔点的Al2Ca相,晶界上粗大的半连续网状τ相变为细小棒状,岛状ε相变为细小粒状分布。ZA63+Ca合金经固溶时效后力学性能显著提高,当添加1.0wt%Ca时,固溶时效态合金在室温、150℃和175℃下的抗拉强度分别达到219.9MPa、196.8MPa和173.3MPa ,其在150℃下的抗拉强度可与ZA63+1.5wt%RE相当。加入1.0wt%Ca元素后,固溶时效态合金的韧性大大改善,其室温拉伸断口类型由脆性断裂转变为以韧性断裂为主。在ZA63合金中加入0～1.0wt%Sb元素的研究表明:当向ZA63合金中加入Sb元素后,固溶时效态合金组织得到明显改善,且生成了高熔点的Mg3Sb2粒状相。不同Sb含量的铸态合金经固溶时效处理后,其室温抗拉强度提高幅度都达20MPa。当添加0.75wt%Sb时,固溶时效态合金在室温、150℃和175℃下的抗拉强度都达到最大值,分别为221.3MPa、180.7MPa和164.8MPa,同时此成分合金在各温度下对应的延伸率也达到最高。随拉伸温度的提高,ZA63+0.75wt%Sb合金断口的韧性特征增加,脆性特征减少。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 镁合金概述
• 1.1.1 镁及镁合金的性质
• 1.1.2 镁合金的应用
• 1.1.3 镁合金的主要研究方向
• 1.2 镁合金的设计与开发
• 1.3 耐热镁合金的研究现状
• 1.3.1 Mg-Al 系耐热镁合金
• 1.3.2 Mg-Zn 系耐热镁合金
• 1.3.3 Mg-Zn-Al 系耐热镁合金
• 1.3.4 Mg-RE 系耐热镁合金
• 1.4 论文选题的依据及主要内容
• 第2章 技术路线及试验方法
• 2.1 技术路线
• 2.2 试验材料
• 2.3 合金的制备
• 2.4 试样的热处理
• 2.5 力学性能测试
• 2.6 微观表征与分析
• 第3章 复合稀土（Y+Gd）对 ZA63 镁合金组织和力学性能的影响
• 3.1 前言
• 3.2 合金的微观组织
• 3.2.1 合金相结构分析
• 3.2.2 合金显微组织分析
• 3.3 合金的力学性能分析
• 3.4 合金的断口形貌观察
• 3.5 结果分析
• 第4章 Ca 对 ZA63 镁合金组织和力学性能的影响
• 4.1 前言
• 4.2 合金的微观组织
• 4.2.1 合金相结构分析
• 4.2.2 合金显微组织分析
• 4.3 合金的力学性能分析
• 4.4 合金的断口形貌观察
• 4.5 结果分析
• 第5章 Sb 对 ZA63 镁合金组织和力学性能的影响
• 5.1 前言
• 5.2 合金的微观组织
• 5.2.1 合金相结构分析
• 5.2.2 合金显微组织分析
• 5.3 合金的力学性能分析
• 5.4 合金的断口形貌观察
• 5.5 结果分析
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果