Sm及Sm、Ti复合变质对AM60合金显微组织和力学性能的影响

论文摘要

AM60镁合金由于较好的塑性和韧性,是最早应用于工业生产中的镁合金之一,但强度较低、耐磨性较差、弹性模量小,并且高温性能也较差,大大限制了其作为最轻的金属结构材料的应用范围。如何改变这种状况是目前一大研究热点,通常手段是进行合金化提高塑性和强度。本文以AM60为基体合金,改变合金元素Sm、Ti的加入量,通过普通金属型冷却凝固成型。利用金相显微镜,X射线衍射仪,扫描电镜,电子万能试验机等分析手段,研究Sm及Sm、Ti复合变质对AM60镁合金组织和性能的影响,并深入探讨了合金强韧化机理,得到最优合金配比达到合金化细晶的效果,同时利用热处理手段来提高AM60镁合金综合力学性能。研究结果表明：（1）加入适量的稀土元素Sm能显著细化晶粒,β相半连续网状结构消失形成颗粒状,弥散分布于α-Mg基体,颗粒状新相Al2Sm在晶界以及晶粒内部生成,合金显微组织得到显著改善；随着含量的进一步增加,有针状相Al3Sm生成,对基体产生消极影响。（2）随着Sm的加入,AM60合金的抗拉强度和伸长率先升高后降低,并且在Sm含量为1%时达到峰值,分别为210Mpa和6.9%,比未添加Sm的合金分别提高25%和43.8%；200℃高温抗拉强度和伸长率分别达到144Mpa和10.1%,比未添加Sm的合金分别提高30.3%和77.2%。Sm的加入能小幅度提高AM60的硬度,当Sm含量达到2.0%时,合金硬度达到54.8HB,比母合金提高15.6%。合金强度的提高主要是由于Sm元素的固溶强化,细晶强化和Al2Sm相弥散强化共同作用的结果。（3）AM60镁合金断裂机制随着Sm含量的添加由解理断裂向准解理断裂+局部韧性断裂转化,高温拉伸无明显颈缩现象。（4）410℃保温24h固溶处理,铸态组织中沿晶界分布的粗大网状β相完全溶解,稀土相仍然存在,表现较高的热稳定性；经过410℃保温24h固溶+200℃保温12h时效的T6处理后,基体内析出大量细小弥散分布的β相,AM60镁合金力学性能得到提高。（5）AM60合金中加入Sm、Ti后能显著细化晶粒,β-Mg17Al12相半连续网状结构消失形成颗粒状或卵石状,弥散分布于α-Mg基体,合金显微组织得到显著改善。加入Ti后合金有少量的Al3Ti生成；Sm、Ti的复合加入则形成颗粒状Al2Sm、Mg41Sm5相和晕圈状化合物Al18Ti2Mg3。适当的T6处理使合金中的杆状相钝化或者消失,粗大颗粒相变得圆整细小。（6） Sm、Ti的加入提高了合金的力学性能。复合添加比单独添加效果更好,同时加入1.0%Sm和0.4%Ti,铸态合金室温抗拉强度和伸长率分别达到226MPa和6.7%,比母合金分别提高了34.5%和39.6%；200℃高温抗拉强度和伸长率分别达到170MPa和10.4%,比母合金分别提高53.2%和82.5%。T6处理可以进一步的提高该合金的力学性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 镁合金的研究现状
• 1.2.1 镁及镁合金的特性
• 1.2.2 镁合金材料的优异性能
• 1.2.3 镁及镁合金的应用
• 1.2.4 AM系镁合金研究现状
• 1.3 镁合金的强化机制
• 1.4 镁合金的研究与开发
• 1.4.1 常用镁合金分类及新发展的镁合金
• 1.4.2 合金元素在镁合金中的作用
• 1.4.3 镁合金发展需要解决的问题
• 1.5 本研究的主要目的、意义和内容
• 第二章 实验与研究方法
• 2.1 实验工艺路线
• 2.2 实验方案设计
• 2.2.1 AM60合金的变质处理
• 2.2.2 热处理工艺设计
• 2.3 合金的制备工艺及过程
• 2.3.1 实验材料
• 2.3.2 实验前的准备
• 2.3.3 中间合金的制备
• 2.3.4 合金的熔炼与浇注
• 2.4 分析测试方法
• 2.4.1 组织结构观察
• 2.4.2 微观表征与分析
• 2.4.3 力学性能测试
• 第三章 Sm对AM60镁合金显微组织和力学性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 Sm对AM60合金显微组织的影响
• 3.2.1 AM60合金的显微组织
• 3.2.2 AM60+xSm的显微组织分析
• 3.3 Sm对AM60合金力学性能的影响
• 3.3.1 AM60+xSm合金的力学性能
• 3.3.2 Sm对AM60合金室温力学性能变化机制分析
• 3.3.3 Sm对AM60合金高温力学性能变化机制分析
• 3.3.4 Sm对AM60合金硬度的影响
• 3.4 断口形貌分析
• 3.4.1 室温断口形貌
• 3.4.2 高温断口形貌
• 3.5 热处理对AM60合金组织与性能的影响
• 3.5.1 AM60+xSm合金固溶热处理态组织分析
• 3.5.2 AM60+xSm合金时效处理态组织分析
• 3.5.3 AM60+xSm热处理态合金力学性能分析
• 3.5.4 热处理合金断口形貌
• 3.6 本章小结
• 第四章 Sm、Ti复合变质对AM60镁合金组织和性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 Ti对AM60镁合金显微组织的影响
• 4.2.1. 铸态显微组织
• 4.2.2 分析与讨论
• 4.3 Sm、Ti复合变质对AM60镁合金显微组织的影响
• 4.3.1 铸态显微组织
• 4.3.2 分析与讨论
• 4.4 Sm、Ti复合变质对AM60镁合金力学性能的影响
• 4.4.1 拉伸强度
• 4.4.2 分析与讨论
• 4.5 断口形貌分析
• 4.6 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录