镁合金的合金化及组织性能研究

论文摘要

镁合金具有低密度、高的比强度和比刚度、高阻尼、电磁屏蔽性良好及机械加工方便等优点,特别适用于轻质结构件。近年来,镁合金在航空、汽车和电子行业中的应用得到了长足发展。但是由于其塑性变形能力较差,因而在各个领域的应用上受到了一定的限制。目前,改善镁合金塑性变形能力,开发高强韧变形镁合金材料是高性能镁合金的主要研究方向。本文分别选取Mg-6A1和AZ31两种变形镁合金为基体,采用合金化的方法研究了不同含量Ca元素对合金的组织和性能的影响,并探讨其化学成分、组织结构和力学性能变化之间的关系。利用金相显微镜、扫描电镜、电子探针、X射线衍射仪等材料分析手段研究了Ca元素对Mg-6A1和AZ31合金显微组织的影响。研究结果表明:加入Ca元素后,两种合金中都产生了新的Al2Ca相,β-Mg17Al12相数量减少,合金晶粒被细化。Mg-6A1-3Ca的平均晶粒尺寸由Mg-6A1时的163.3μm减小到71.4μm;AZ31-1.54Ca的平均晶粒尺寸由的194.5μm减小到63.4μm。Ca元素对两种合金的细化效果可归结为:凝固过程中固/液界面富集的Ca元素强烈阻碍了a-Mg晶粒的长大,Ca元素在熔体中形成的高熔点初生Al2Ca相起到了非均质形核作用。对铸态合金的力学性能研究表明:少量钙元素的添加,可以提高Mg-6A1合金在室温下的抗拉强度,同时延伸率也得到提高,但是含钙量超过1%时,合金的抗拉强度和延伸率都下降;AZ31合金加入少量钙后,室温抗拉强度也得到一定提高,但是其延伸率下降。加大含钙量后,合金的力学性能也随着下降,但钙的加入明显提高了两种合金的显微硬度。本文还采用电磁-悬浮铸造技术,研究了Zr对AZ31变形镁合金组织性能的影响,虽然Zr的添加在一定程度上提高了合金的力学性能,但是由于实际加入量极其微少,还不能确定锆对AZ31合金的细化及强化作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 镁及镁合金概述
• 1.1.1 纯镁的物理化学性质
• 1.1.2 镁合金性能研究与开发
• 1.1.3 镁合金的主要应用
• 1.2 含Ca镁合金的发展历史与现状
• 1.3 变形镁合金现状和未来展望
• 1.4 国内发展镁合金的优势
• 1.5 论文的研究目的及研究内容
• 1.5.1 论文的研究目的
• 1.5.2 论文的研究内容
• 2.镁合金的晶粒细化
• 2.1 晶粒细化的一般原则
• 2.1.1 增大冷却强度
• 2.1.2 加强金属流动
• 2.1.3 变质处理
• 2.2 镁合金晶粒细化剂的选择
• 2.2.1 几种合金化元素对Mg-Al系合金的影响
• 2.2.2 试验用基础合金的选择
• 3 试验研究方法
• 3.1 实验准备
• 3.2 熔炼工艺
• 3.3 微观组织分析
• 3.3.1 金相显微分析
• 3.3.2 XRD（X-Ray Diffraction）分析
• 3.3.3 SEM（Scanning Electron Microscope）分析
• 3.4 力学性能测试
• 3.4.1 室温拉伸性能
• 3.4.2 显微硬度
• 4 钙对Mg-6Al合金组织性能的影响
• 4.1 实验合金的成分设计
• 4.2 钙元素对Mg-6Al合金显微组织及力学性能的影响
• 4.2.1 钙元素对合金铸态显微组织的影响
• 4.2.2 钙元素对Mg-6Al合金力学性能的影响
• 4.3 本章小结
• 5 钙和锆对AZ31镁合金显微组织的影响
• 5.1 钙对AZ31变形镁合金显微组织的影响
• 5.1.1 钙元素对合金铸态显微组织的影响
• 5.1.2 钙元素对AZ31铸态合金微观组织的细化机理
• 5.1.3 钙元素对AZ31合金力学性能的影响
• 5.1.4 影响镁合金晶粒大小的其它因素分析
• 5.2 锆元素对AZ31变形镁合金显微组织的影响
• 5.2.1 锆元素对AZ31铸态合金组织及性能的影响结果
• 5.2.2 结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢