Mg-Mn-RE系合金热处理及挤压变形后显微组织和力学性能研究

论文摘要

镁合金的比重小,是当前质量最轻的金属结构材料。此外,镁合金还具有很多优点,人们通常了解的为“三好、两高”,即阻尼性能好、切削加工效果好、导热能力好；比强度高、比刚度高。但镁合金也有缺点：即其室温和高温的强度低,因此,人们为了更好的研究镁合金必须解决这一不足。为此,人们研究了能使镁合金性能有所提高的新型镁合金,特别是最近几年更加广泛研究的稀土镁合金,常用少量多元合金化的原则来获得新的合金,但是人们对这些合金的基本属性在很多层面都不了解,目前可能提供的基本信息也不全面。为此,本课题就是以Mg-Mn二元合金作为基合金,采用微合金化（加入Y、Ce、Gd、Er等）熔炼设计了5种合金,分别对所设计的合金采用不同的工艺过程对其进行处理,包括：热处理和挤压变形,并与常规铸造相应合金的显微组织和力学性能进行比较；探讨了Y、Ce含量的变化对Mg-Mn-RE系合金显微组织和力学性能的影响；研究了Mg-Mn-RE系合金可能实现的强化途径,为Mg-Mn-RE系合金的工程应用和高性能新合金的研制提供了实验依据。得出以下成果：（1）加入不同含量Y和Ce后的Mg-Mn-RE系铸态合金,形成新的化合物均为Mg12Ce和Mg24Y5,其在结晶过程中第一时间析出,会阻碍镁合金晶粒的长大以及晶界的滑移,从而细化合金显微组织,显著提高了合金的力学性能。同时,随着Y、Ce含量的增多,合金的细化程度越明显,合金的硬度越高；抗拉强度和延伸率也越强,但是屈服强度变化不大,合金的断裂形式也没有改变。（2）对Mg-Mn-RE系铸态合金进行热处理,在520℃分别保温0.5h、1h、2h、3h和4h,然后空冷。发现热处理后合金的物相构成没有发生改变,但晶粒得到明显细化,硬度均高于相应的铸态合金。同时发现,在热处理过程中,合金的硬度都是随着保温时间的延长,呈现先升高后降低的趋势。（3）对Mg-Mn-RE系铸态合金在400℃保温6h后,在380℃进行挤压变形。由于合金在热挤压变形工艺过程中,再结晶晶粒在高的挤压温度和变形量的条件下很容易形成,导致了Mg-Mn-RE系挤压合金达到很好的细化作用,硬度均高于相同成分的铸态合金。（4）对Mg-Mn-0.5Y-0.5Ce铸态和挤压态合金进行室温拉伸性能测定,对比分析两种状态下合金拉伸性能的变化。拉伸速率分别为0.5mm·min-1、2.0mm·min-1、6.0mm·min-1结果表明：当拉伸速率由0.5mm·min-1增加到6.0mm·min-1时,Mg-Mn-0.5Y-0.5Ce铸态和挤压态合金的抗拉强度达到最低,分别为137.25MPa和194.63MPa；屈服强度最低,分别为104.70MPa和178.16MPa；伸长率也是最低,分别为2.30%和7.64%。可见,随着拉伸速率的增加,合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率都降低了。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 镁的基本性质
• 1.1.2 镁合金的特性
• 1.1.3 镁合金的分类
• 1.1.4 主要合金元素对镁合金的影响
• 1.1.5 镁合金的应用领域
• 1.2 镁合金的热处理
• 1.2.1 镁合金热处理的目的
• 1.2.2 镁合金热处理类型
• 1.2.3 镁合金热处理的现状
• 1.3 变形镁合金
• 1.3.1 变形镁合金加工成型方法
• 1.3.2 镁合金热挤压变形的研究现状
• 1.4 稀土在镁合金中应用的现状
• 1.4.1 稀土镁合金的发展过程
• 1.4.2 我国稀土镁合金的发展
• 1.4.3 稀土在镁合金中的作用
• 1.5 选题的意义与主要研究内容
• 1.5.1 选题的意义
• 1.5.2 主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 实验材料的制备和检测方法
• 2.1 实验材料的制备
• 2.1.1 实验用原材料及合金成分设计
• 2.1.2 合金的熔铸工艺
• 2.1.3 合金的热处理工艺
• 2.1.4 合金的挤压工艺
• 2.2 性能测试及分析方法
• 2.2.1 金相组织分析与成分分析
• 2.2.2 X射线衍射物相分析
• 2.2.3 扫描电子显微镜分析及能谱分析
• 2.2.4 力学性能测试
• 2.3 本章小结
• 第三章 Mg-Mn-RE系合金热处理及挤压变形后显微组织分析
• 3.1 Y和Ce含量对铸态合金显微组织的影响
• 3.2 合金不同热处理工艺下显微组织分析
• 3.2.1 Mg-Mn-0.5Y-0.5Ce合金不同热处理工艺下显微组织的变化
• 3.2.2 Mg-Mn-1.0Y-0.5Ce合金不同热处理工艺下显微组织的变化
• 3.2.3 Mg-Mn-3.0Y-0.5Ce合金不同热处理工艺下显微组织的变化
• 3.2.4 Y和Ce含量对合金热处理后显微组织的影响
• 3.3 合金挤压变形后的显微组织分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 Mg-Mn-RE系合金热处理及挤压变形后力学性能分析
• 4.1 合金热处理及挤压变形后显微硬度分析
• 4.1.1 铸态及挤压变形后合金显微硬度分析
• 4.1.2 合金热处理后显微硬度分析
• 4.2 铸态及挤压变形后合金拉伸性能分析
• 4.2.1 不同拉伸速率对铸态及挤压变形后合金性能的影响
• 4.2.2 Y和Ce含量对挤压变形后合金拉伸性能的影响
• 4.3 铸态及挤压变形后合金拉伸断口形貌观察及分析
• 4.3.1 不同拉伸速率对铸态及挤压变形后合金拉伸断口形貌的影响
• 4.3.2 Y和Ce含量对挤压变形后合金拉伸断口形貌的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间研究成果