合金化和热处理对消失模铸造AZ91D镁合金组织和性能的影响

论文摘要

镁合金被誉为“21世纪绿色工程材料”,广泛的应用于现代工业产品中。消失模铸造被誉为“21世纪的铸造技术”,具有广泛的发展前景。但是消失模铸造所采用的是干砂造型,加之普通的镁合金的凝固范围较宽,导致铸件容易组织粗大,从而限制了镁合金在消失模铸造中的推广应用。合金化和热处理是目前强化镁合金的主要手段。本文采用单一添加稀土元素Y、复合添加稀土元素Y和Gd、热处理这三种手段,对消失模铸造AZ91D镁合金进行组织改性,利用OM、XRD、SEM、EDX、DTA及拉伸和硬度试验等分析测试手段,研究了消失模铸造AZ91D镁合金显微组织、凝固特征和力学性能的变化规律,得出了合理的合金化和热处理方案,并探讨了改善显微组织和提高力学性能的机理。在消失模铸造AZ91D镁合金中单一添加Y元素,使β-Mg17Al12相的形貌转变为断续状和颗粒状,得到细化。在Y含量达到1.0%（质量分数,下同）时,具有最佳的细化效果。随着Y含量的增加,α-Mg初晶的形核温度逐渐升高,共晶反应温度会下降,但Y含量增加到一定程度,由于Al2Y相的聚集长大,共晶反应温度又会重新上升。Y的加入提高了消失模铸造AZ91D镁合金的力学性能。当Y的含量为1.0%时,抗拉强度、延伸率和硬度达到最大值,分别为153.54MPa、2.62%、58.1HB,比AZ91D镁合金分别提高了12.8%、44.8%、7.0%。在保持Y的含量为0.6%不变的情况下,随着Gd含量的增加,α-Mg基体晶粒直径不断减小,β-Mg17Al12相的形貌转变为断续状和颗粒状,得到细化。当Gd的含量达到0.9%时,具有最佳的细化效果,并且比单独加入1.0%Y时具有更好的细化效果。随着Gd含量的增加,α-Mg初晶形核温度逐渐升高,当Gd的含量小于0.9%时,共晶反应温度会逐渐下降。复合添加Y、Gd显著的提高了消失模铸造AZ91D镁合金的力学性能。当Y和Gd的含量分别为0.6%和0.9%时,抗拉强度、延伸率和硬度达到最大值,分别为161.68MPa、2.80%、64.7HB,比AZ91D镁合金分别提高了18.8%、54.7%、19.2%。固溶处理使消失模铸造AZ91D和含Y的AZ91D镁合金中的β相溶入到α-Mg基体中,对于含Y的AZ91D镁合金,由于Al2Y相属热稳定相,固溶处理后仍能够稳定的存在;固溶处理使两种合金的抗拉强度和延伸率上升,而硬度下降。在随后的时效处理过程中,β相又会从过饱和的α-Mg基体中重新析出,对于含Y的AZ91D镁合金,由于Al2Y相对β相的形核和长大具有扎钉作用,从而能够减缓β相的析出速度;T6处理使两种合金的抗拉强度和硬度上升,延伸率下降,并且Y对AZ91D镁合金具有推迟时效硬化的作用。对于消失模铸造AZ91D镁合金来说,经420℃固溶20小时+250℃时效20小时处理的方案能获得最佳的综合力学性能;而对于消失模铸造AZ91D+1.0%Y镁合金来说,经420℃固溶20小时+250℃时效25小时处理的的方案能获得最佳的综合力学性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本课题研究的背景和意义
• 1.2 镁合金的消失模铸造
• 1.3 镁合金的强化
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 Y 对消失模铸造AZ91D 镁合金组织和性能的影响
• 2.1 试验方法
• 2.2 Y 对消失模铸造AZ91D 镁合金铸态组织的影响
• 2.3 Y 对消失模铸造AZ91D 镁合金凝固特征参数的影响
• 2.4 Y 对消失模铸造AZ91D 镁合金铸态力学性能的影响
• 2.5 本章小结
• 3 Y、Gd 复合对消失模铸造AZ91D 镁合金组织和性能的影响
• 3.1 Y、Gd 复合对消失模铸造AZ91D 镁合金铸态组织的影响
• 3.2 Y、Gd 复合对消失模铸造AZ91D 镁合金凝固特征参数的影响
• 3.3 Y、Gd 复合对消失模铸造AZ91D 镁合金铸态力学性能的影响
• 3.4 本章小结
• 4 热处理对消失模铸造AZ91D 和AZ91D+1.096 Y 镁合金组织和性能的影响
• 4.1 热处理对消失模铸造AZ91D 镁合金组织和性能的影响
• 4.2 热处理对消失模铸造AZ91D+1.096 Y 镁合金组织和性能的影响
• 4.3 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献