高强高阻尼镁合金性能及机理研究

论文摘要

随着现代工业的发展，振动的危害日益凸显，空间飞行器结构件上产生的振动尤其会影响其观测和定位精度；镁合金具有良好的阻尼减振性能和一定的力学性能，开发出适合空间结构用的高强高阻尼镁合金对于空间结构件的轻量化、高强度化和提高其阻尼减振性能具有重大意义。本课题首先对目前常用的AZ91D镁合金进行了退火、T4和T6等热处理，并通过向AZ91D镁合金中添加一定含量的Y元素制备了AZ91D-x%Y合金；分别制备了Mg-5xZn-xY-0.6%Zr合金和SiCp/Mg-0.6%Zr镁基复合材料；然后系统研究了以上各种合金和材料的组织、力学性能和阻尼性能并分析其阻尼机制，结果表明以上各种合金和材料的阻尼性能都可由G-L位错模型解释；在此基础上开发出了若干种兼具良好阻尼性能和力学性能的镁合金材料。退火处理后AZ91D镁合金中的β-Mg17Al12相含量增多并逐渐连接成网状；经T4热处理后β相分解，Al原子固溶到α-Mg基体中，经过T6处理后β相又在晶界上析出；加入Y元素后β相由不连续的网状逐渐变为高度细小弥散的颗粒状，合金中还出现了针状的Al4MgY相。热处理和Y合金化要么增加了固溶原子含量，要么增加了析出相数量，分别对位错线构成强、弱钉扎作用，导致合金阻尼性能下降。以上研究结果表明固溶原子的存在对镁合金的阻尼性能有不利影响，因此本实验制备了含有内生I-Mg3YZn6准晶相的Mg-5xZn-xY-0.6%Zr合金，以内生准晶的方法来减少合金中固溶原子的含量； I-Mg3YZn6准晶相进一步细化了Mg-5xZn-xY-0.6%Zr合金的晶粒，提高了合金强度，最高达到216MPa；同时I-Mg3YZn6准晶相增加了合金内的合金相和界面数量，使位错线上强钉扎点数量增多，降低了合金的阻尼性能，而且Mg-5xZn-xY-0.6%Zr合金的临界应变明显增加，说明Mg-5xZn-xY-0.6%Zr合金中依然存在固溶原子。为进一步减少合金中的固溶原子，通过搅拌铸造法制备了SiCp/Mg-0.6%Zr镁基复合材料，结果表明SiC颗粒对基体合金的细化效果不明显，但能使复合材料的力学性能大幅度提高；加入SiC颗粒后复合材料的阻尼性能相对基体有所下降，在本实验研究范围内，较高应变下随着SiC颗粒含量和尺寸的增加，总体上复合材料的阻尼性能呈上升趋势；SiC颗粒的加入带来复合材料中位错密度的变化是复合材料阻尼性能变化的主要原因。Mg-5xZn-xY-0.6%Zr合金与SiCp/Mg-0.6%Zr镁基复合材料兼具良好的阻尼性能和力学性能，拉伸强度可达190MPa以上，在测试范围内阻尼值都在0.01以上，如果能进一步控制好材料的熔炼和凝固过程，将具有更广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 高阻尼镁合金的研究现状
• 1.3 本课题的研究方案与研究内容
• 1.4 试样检测方法
• 2. 热处理与 Y 合金化对 AZ91D 镁合金组织与性能的影响
• 2.1 热处理对 AZ91D 镁合金组织与性能的影响
• 2.2 Y 合金化对 AZ91D 镁合金组织与性能的影响
• 2.3 热处理与 Y 合金化后 AZ91D 镁合金的阻尼机制分析
• 2.4 本章小结
• 3. 内生准晶对 Mg-0.6%Zr 镁合金组织与性能的影响
• 3.1 内生准晶增强 Mg-0.6%Zr 镁合金的组织与力学性能
• 3.2 内生准晶增强 Mg-0.6%Zr 镁合金的阻尼性能
• 3.3 内生准晶增强 Mg-0.6%Zr 镁合金的阻尼机制分析
• 3.4 本章小结
• 4. 外加 SiC 颗粒对 Mg-0.6%Zr 镁合金组织与性能的影响
• 4.1 SiC 颗粒增强 Mg-0.6%Zr 镁合金的组织与力学性能
• 4.2 SiC 颗粒增强 Mg-0.6%Zr 镁合金的阻尼性能
• 4.3 SiC 颗粒增强 Mg-0.6%Zr 镁合金的阻尼机制分析
• 4.4 高阻尼镁合金性能比较
• 4.5 本章小结
• 5. 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：攻读硕士学位期间发表的论文