Mg-Zn-Y-Zr镁合金的组织结构和力学性能

论文摘要

镁合金由于具有密度小,比强度和比刚度高等许多优点,目前被认为是最具有发展前途的金属材料。当前使用的高强镁合金主要为Mg-Zn-Zr系合金,但该类合金的强度很难满足更高的使用要求。本文以Mg-Zn-Zr合金为基础,通过添加Y元素设计得到Mg-6Zn-χY-0.7Zr（χ=0、1、3、5）合金系。采用常规铸造技术制备了合金,并采用了OM、SEM、EDS和XRD等分析了合金的显微组织及相组成,同时测定了合金的室温拉伸性能与硬度。结果表明,铸态Mg-6Zn-0.7Zr合金组织中的物相主要为α-Mg、Mg7Zn3和MgZn2,第二相主要分布在晶粒内部。铸态Mg-6Zn-1Y-0.7Zr组织中的物相为α-Mg、Mg7Zn3和Mg3Y2Zn3,随着Y含量的增加物相变为α-Mg、Mg12YZn和Mg3Y2Zn3相。Y含量继续增加则析出相中Mg3Y2Zn3减少,Mg12YZn增加。析出相为鱼骨状和块状两种形态,并连续成网状分布于晶界。随着Y含量的增加,Mg-Zn-Y-Zr合金铸态的抗拉强度、屈服强度和延伸率先增加后减小,当Y的含量为3%时,抗拉强度和屈服强度达到最佳值,分别达到250.4 MPa和125.3MPa,延伸率为12.73%。Mg-6Zn-3Y-0.7Zr合金随着固溶温度的升高析出相的固溶程度增强。时效处理后,晶粒内部析出了细小的针状的MgZn′相。此时的物相主要为α-Mg、MgZn′和Mg3Y2Zn3。合金经过热处理后晶粒呈等轴状转化,晶粒尺寸有所增大。合金的性能经过T6热处理后得到显著提高,布氏硬度由80.3升到91.2,室温抗拉强度达到290.3MPa,屈服强度达到184.3 MPa,抗拉强度比铸态的提高了16%,屈服强度比铸态的提高了47.8%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 镁合金强韧化的研究与现状
• 1.2.1 合金化
• 1.2.2 快速凝固法
• 1.2.3 复合材料法
• 1.3 Mg-Zn-Zr 系高强镁合金
• 1.3.1 Zn 元素的作用
• 1.3.2 Zr 元素的作用
• 1.3.3 Y 元素的作用
• 1.3.4 Mg-Zn 系镁合金的研究现状
• 1.3.5 镁合金的热处理
• 1.4 论文研究主要内容
• 第2章 实验方案与实验方法
• 2.1 实验方案
• 2.1.1 合金成分设计
• 2.1.2 合金的熔炼
• 2.1.3 试样的热处理
• 2.2 性能测试及分析方法
• 第3章 合金的铸态组织及力学性能
• 3.1 引言
• 3.2 Zn 含量的变化对Mg-Zn 二元合金组织及力学性能的影响
• 3.3 Zr 元素对Mg-Zn 二元合金组织及力学性能的影响
• 3.4 Mg-Zn-Y-Zr 合金铸态组织结构
• 3.4.1 Mg-Zn-Y-Zr 合金的组织形貌及元素分布
• 3.4.2 Mg-Zn-Y-Zr 合金铸态组织的相组成及与分布
• 3.5 Mg-Zn-Y-Zr 合金铸态力学性能
• 3.5.1 硬度
• 3.5.2 拉伸性能
• 3.5.3 合金系的铸态拉伸断口形貌
• 3.6 合金凝固机理分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 热处理对合金组织及力学性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 Mg-6Zn-0.7Zr 合金的组织与力学性能
• 4.3 Mg-6Zn-3Y-0.7Zr 合金的T6 态显微组织
• 4.4 Mg-6Zn-3Y-0.7Zr 合金的T6 态形貌及相组成
• 4.5 Mg-Zn-Y-Zr 合金T6 态的力学性能
• 4.5.1 硬度
• 4.5.2 拉伸性能
• 4.5.3 拉伸断口
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢