稀土元素对Mg-6Al合金显微组织及高温拉伸力学性能的影响

论文摘要

在阅读分析国内外相关技术文献的基础上,本文以Mg-6Al合金为基础,通过Y、Nd、Gd元素的合金化,以获得常温和高温力学性能优良、铸造性能好、性价比高的新型耐热镁合金。采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射分析仪、精密万能电子拉伸实验机等多种分析和测试手段,较为系统地研究了稀土元素Y、Nd、Gd对Mg-6Al合金显微组织及高温拉伸力学性能的影响。Mg-6Al合金中添加稀土元素Y研究表明:稀土元素Y细化了Mg-6Al合金的组织,使合金中β-Mg17Al12相的形态和分布得到改善,在晶界和晶内出现高熔点Al2Y稀土相,并随着Y含量不断增加,β-Mg17Al12相逐渐减少,当Y的含量至1.2wt%时,合金中β-Mg17Al12相消失。稀土元素Y的加入提高了Mg-6Al合金的室温及高温性能,且Mg-6Al合金中Y含量为1.2wt%时（即合金AY612）,合金的室温及高温强度均达到最大值,室温下的抗拉强度为224MPa,高温150℃、175℃、200℃的抗拉强度分别为221MPa、192MPa、162MPa。合金的伸长率随拉伸温度的提高不断增加,同一温度下,Y含量为1.2wt%的合金塑性最好,伸长率最高。Mg-6Al-1.2Y合金中添加稀土元素Nd研究表明:稀土元素Nd能够明显细化Mg-6Al-1.2Y合金的组织,改变合金中的第二相的分布与形态。在晶界和晶内出现高熔点Al2Y、Al2Nd稀土相,并随着Nd含量的不断增加析出的第二相逐渐增多,且第二相的形态和分布也随之改变,当合金中Nd含量为0.3wt%时,较大的第二相分布于合金的晶界上,这种粗大的第二相不能够有效阻止晶界的滑移,反而容易在其附近引起应力集中,从而使AYN6103的力学性能低于AY612。当Nd的含量为0.9wt%时（即合金AYN6109）,合金中第二相呈细小均匀分布,Nd含量再增加,第二相随之偏聚并长大,从而引起力学性能的再次降低。Nd含量为0.9wt%时,合金的室温及高温强度达到最大值,室温下的抗拉强度为253MPa,高温150℃、175℃、200℃的抗拉强度分别为253MPa、223MPa、173MPa,基本满足在175℃温度下的使用要求。合金的伸长率随拉伸温度的提高不断增加,同一温度下,Nd含量为0.9wt%的合金塑性最好,伸长率最高。Mg-6Al-1.2Y-0.9Nd合金中添加稀土元素Gd研究表明:Gd的加入使Mg-6Al-1.2Y-0.9Nd合金（即合金AYN6109）中出现了Al2Y、Al2Nd、Al2Gd三种高熔点析出相,且相的形态和分布与Gd的含量有密切关联:当合金中Gd的含量为1.2wt%、2.4wt%时,Al2Gd呈板状,沿晶界不连续分布;当Gd含量为3.6wt%、4.2wt%时,Al2Gd相形态转变为球状,弥散分布于晶内和晶界上。Gd含量为3.6wt%时（即合金AYNG61136）,合金的室温及高温强度达到最大值,室温下的抗拉强度为257MPa,高温150℃、175℃、200℃的抗拉强度分别为256MPa、226MPa、184MPa。合金的伸长率随拉伸温度的提高不断增加,同一温度下,Gd含量为3.6wt%的合金塑性最好,伸长率最高。Mg-6Al-（x）Y合金中,Al在Mg中的固溶度随着Y含量的不断增加而增大,而Y自身在Mg中的固溶度减小;Mg-6Al-1.2Y-（x）Nd合金中,随Nd含量不断增加,Al在Mg中的固溶度不断增大,而Nd、Y在Mg中的固溶度减小;Mg-6Al-1.2Y-0.9Nd-（x）Gd合金中,随着Gd含量的不断增加,Al,Y、Nd、Gd原子在Mg中的固溶度都随之增加,在Gd含量为3.6wt%时,各原子在Mg中的固溶度达到最大,固溶强化效果最好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 耐热镁合金的发展历史
• 1.2 镁合金概述
• 1.2.1 镁合金的性质
• 1.2.2 镁合金的应用
• 1.3 耐热镁合金的研究现状
• 1.3.1 镁合金的高温蠕变机理
• 1.3.2 Mg-Al 系耐热镁合金
• 1.3.3 Mg-Zn 系耐热镁合金
• 1.3.4 Mg-RE 系耐热镁合金
• 1.3.5 其他耐热镁合金系
• 1.4 论文选题的依据及主要研究内容
• 第2章 合金成分设计及试验方法
• 2.1 合金成分设计
• 2.2 合金元素的作用及含量设计
• 2.3 原材料
• 2.4 合金制备
• 2.4.1 熔体和环境介质的作用
• 2.4.2 镁合金熔炼气体保护
• 2.4.3 合金熔炼及热处理
• 2.5 力学性能测试
• 2.5.1 拉伸实验设备
• 2.5.2 拉伸性能测试
• 2.6 微观表征与分析
• 2.6.1 腐蚀溶液
• 2.6.2 金相组织观察
• 2.6.3 XRD 物像分析
• 2.6.4 断口形貌观察
• 第3章 Y 对MG-6AL 合金显微组织和力学性能的影响
• 3.1 前言
• 3.2 AY 合金的微观组织
• 3.2.1 合金相结构分析
• 3.2.2 合金显微组织
• 3.2.3 微观组织分析与讨论
• 3.3 AY 合金的拉伸性能
• 3.3.1 拉伸性能测试结果
• 3.3.2 拉伸性能分析
• 3.3.3 合金室温拉伸断口观察
• 第4章 ND 对AY612 合金显微组织和力学性能的影响
• 4.1 前言
• 4.2 AYN 合金的微观组织
• 4.2.1 合金相结构分析
• 4.2.2 合金显微组织
• 4.2.3 微观组织分析与讨论
• 4.3 AYN 合金的拉伸性能
• 4.3.1 拉伸性能测试结果
• 4.3.2 拉伸性能分析
• 4.3.3 合金室温拉伸断口观察
• 第5章 GD 对AYN6109 合金显微组织和力学性能的影响
• 5.1 前言
• 5.2 AYNG 合金的微观组织
• 5.2.1 合金相结构分析
• 5.2.2 合金显微组织
• 5.2.3 微观组织分析与讨论
• 5.3 AYNG 合金拉伸性能
• 5.3.1 拉伸性能测试结果
• 5.3.2 拉伸性能分析
• 5.3.3 合金室温拉伸断口观察
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果