Mg-Zr基阻尼镁合金的制备及其性能研究

论文摘要

Mg-Zr系合金具有优异的阻尼性能、抗蚀性能和比刚度等优点,但由于力学性能偏低,在实际应用中受到限制。采用粉末冶金和熔铸工艺制备了Mg-Zr合金,并利用等通道转角挤压方法进一步细化晶粒,制备出Mg-Zr高强高阻尼合金。通过运用光学显微镜、XRD、SEM、DMA和力学性能测试方法研究了组织与性能之间的关系。结果表明:利用机械合金化和粉末压制烧结法获得的Mg-xZr（x=0.6,1.5,2.5,5.0,mass%下同）合金,在Zr含量低于2.5%时,合金力学性能随Zr含量的增加而升高,当Zr含量达5%时,合金力学性能较Zr含量为1.5%和2.5%时有所降低。合金阻尼性能随Zr含量的增加先增加后降低再增加,在5%时达到最大值0.084。在Zr含量为1.5%时晶粒细化明显,抗弯强度达184.95MPa,显微维氏硬度为45.00,且具有较好阻尼性能,tanφ为0.082。进一步对Mg-1.5Zr合金的球磨工艺研究发现,球磨转速为280r/min,球料比为20:1,球磨时间为10h的球磨参数对获得优异的力学性能最为合适,其抗弯强度达238.68MPa。而对阻尼性能而言,最佳的球磨工艺是球磨转速为310r/min,球料比为5:1,球磨时间为10h,阻尼性能tanφ达0.113。在球磨转速为310r/min,球料比为5:1,球磨时间为10h的球磨工艺条件下,Cd元素的添加使Mg-1.5Zr-xCd合金（x=0.5,1.0,1.5）显微组织由近等轴晶型转变纤维流线型,并在Mg-1.5Zr-0.5Cd合金中出现亚晶结构;另外,合金的显微硬度和抗弯强度随Cd含量的升高而升高,Mg-1.5Zr-1.5Cd的抗弯强度达266.96MPa,显微维氏硬度为57.90。合金的阻尼性能随Cd含量的增加先增高后下降。采用ECAP挤压对铸态Mg-0.6Zr合金进行变温和变挤压道次工艺研究发现,Mg-0.6Zr合金在变形过程中发生动态再结晶,晶粒显著细化,并随挤压温度的升高发生晶粒长大;另外,ECAP变形后合金的室温力学性能明显改善,与铸态合金相比,显微硬度和抗拉强度在300℃挤压6次时达到最高,分别达56.10和187.80MPa。合金经300℃挤压后,阻尼性能较铸态合金有所降低。合金经400℃挤压1道次后阻尼性能较铸态合金有所提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 镁的基本特征
• 1.1.1 纯镁的基本性能
• 1.1.2 镁的晶体结构
• 1.1.3 镁合金的性能
• 1.2 镁合金的发展与应用状况
• 1.2.1 镁合金的研究现况
• 1.3 阻尼镁合金的分类与研究状况
• 1.3.1 Mg-Zr 系阻尼镁合金
• 1.3.2 Mg-Ni 系阻尼镁合金
• 1.3.3 Mg-Cu 系阻尼镁合金
• 1.3.4 镁基复合材料的阻尼性能
• 1.3.5 多孔镁的阻尼性能
• 1.4 镁合金的阻尼研究
• 1.4.1 镁合金的阻尼机理
• 1.4.2 阻尼性能的表征
• 1.4.3 镁基阻尼合金的影响因素
• 1.4.4 提高阻尼性能的方法
• 1.5 镁合金的制备成形技术
• 1.5.1 铸造成形
• 1.5.2 塑性加工成形
• 1.5.3 粉末冶金法成形
• 1.6 本课题的研究思路与研究内容
• 第二章 材料制备与实验方法
• 2.1 机械合金化粉末的制备
• 2.1.1 实验材料与实验设备
• 2.1.2 压制粉末块体所用模具
• 2.1.3 成分设计及主要参数
• 2.1.4 制备过程
• 2.2 块体合金的制备
• 2.2.1 粉末的压制成型
• 2.2.2 压制坯体的烧结
• 2.3 等通道转角挤压（ECAP）样品的制备
• 2.3.1 合金熔炼与制坯
• 2.3.2 ECAP 基本原理.
• 2.3.3 ECAP 工艺特点.
• 2.4 材料显微组织分析及性能测试
• 2.4.1 结构分析
• 2.4.2 扫描电镜分析
• 2.4.3 显微组织分析
• 2.4.4 合金显微硬度测试
• 2.4.5 合金抗弯强度测试
• 2.4.6 合金拉伸性能测试
• 2.4.7 试样密度测试方法
• 2.4.8 合金的阻尼性能测试
• 第三章 ZR 含量对MG-ZR 合金组织和性能的影响
• 3.1 实验方法
• 3.2 ZR 含量对MG-ZR 合金组织和性能的影响
• 3.2.1 Zr 含量对显微组织的影响
• 3.2.2 粉末烧结对合金密度的影响
• 3.2.3 Zr 含量对力学性能的影响
• 3.2.4 断口形貌分析
• 3.2.5 Zr 含量对阻尼性能的影响
• 3.2.6 频率对合金阻尼性能的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 机械合金化工艺对MG-ZR 合金组织与性能的影响
• 4.1 实验方法
• 4.2 机械合金化工艺对MG-ZR 合金组织的影响
• 4.2.1 显微组织及XRD 分析
• 4.2.2 机械合金化过程中固溶度的扩展机制
• 4.3 机械合金化对MG-ZR 合金性能的影响
• 4.3.1 机械合金化对合金力学性能的影响
• 4.3.2 断口形貌分析
• 4.3.3 机械合金化工艺对合金阻尼性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 CD 含量对MG-ZR 合金组织与性能的影响
• 5.1 实验方法
• 5.2 CD 含量对MG-ZR 合金组织的影响
• 5.2.1 显微组织及XRD 分析Cd 含量对合金显微组织的影响
• 5.2.2 Cd 含量对XRD 的影响
• 5.3 CD 含量对MG-ZR 合金性能的影响
• 5.3.1 Cd 含量对合金力学性能的影响
• 5.3.2 扫描电子显微分析
• 5.3.3 Cd 含量对合金阻尼性能的影响
• 5.3.4 频率对Mg-Zr-Cd 合金阻尼性能的影响
• 5.3.5 阻尼机制分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 等通道转角挤压对MG-ZR 合金组织与性能的影响
• 6.1 实验方法
• 6.2 ECAP 工艺对MG-ZR 合金组织和性能的影响
• 6.2.1 ECAP 工艺对合金显微组织的影响
• 6.2.2 ECAP 工艺对合金力学性能的影响
• 6.2.3 ECAP 工艺对合金阻尼性能的影响
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论
• 7.1 ZR 含量对MG-ZR 合金组织和性能的影响规律研究
• 7.2 MG-ZR 阻尼合金机械合金化制备工艺研究
• 7.3 粉末冶金MG-1.5ZR-XCD 合金组织和性能的研究
• 7.4 等通道角挤压铸态MG-0.6ZR 合金组织和性能的研究
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文