高性能变形镁稀土合金的研究

论文摘要

镁合金以其密度小、比强度高的优异性能而广泛地应用于汽车、电子、航空航天等领域。但是,由于镁合金的力学性能较差,很难作为高温环境下的结构部件,因此,常通过变形工艺改善镁合金的综合性能。本文以Mg-Al-Zn系列合金为基础,通过添加富铈稀土（MM）,设计的合金为:Mg-3Al-0.5Mn-1MM、Mg-3Al-0.5Zn-0.5Mn-1MM、Mg-2Al-0.5Mn-1MM、Mg-2Al-0.5Zn-0.5Mn-1MM、Mg-2Al-0.5Zn-0.5Mn-0.5MM。采用电阻炉加热和钢模浇注制备合金,选取Mg-3Al-0.5Zn-0.5Mn-1MM和Mg-2Al-0.5Zn-0.5Mn-1MM合金进行轧制和挤压变形,并对变形后合金分别进行了退火和时效处理。分别对铸态、变形态及热处理态合金进行显微组织观察和力学性能测试。其中显微组织观察采用合金相组成、金相分析、扫描分析等分析手段;力学性能的测试主要为合金的显微硬度和拉伸性能。结果表明,添加MM提高了合金结晶过程中的形核率,明显细化铸态组织。铸态合金中添加MM和锌显著提高了合金的强度和伸长率。析出稀土相主要为针状的Al4MM（MM为Ce,La）和颗粒状的Al10Ce2Mn7。合金在轧制及挤压变形过程中发生了动态再结晶,得到较小的等轴晶粒,稀土相破碎并均匀弥散地分布在晶内及晶界上。在轧制后退火过程中,出现晶粒的回复再结晶,晶粒长大。挤压后时效强化效果不明显,随时效时间延长晶粒尺寸变化不大。断口分析表明,铸态合金断口属于准解理断裂,韧性特征明显,轧制变形后合金退火处理后,断裂由解理脆断向准解理断裂转变,挤压变形后的合金属于准解理断裂。添加少量的富铈稀土使基体合金的强度和塑性均得到提高,析出相强化作用明显。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 镁及镁合金概述
• 1.2.1 镁及镁合金
• 1.2.2 镁合金的发展及应用
• 1.2.3 镁合金的塑性变形理论
• 1.4 镁合金的成型技术
• 1.4.1 锻造
• 1.4.2 挤压
• 1.4.3 轧制
• 1.4.4 二次成型
• 1.4.5 超塑成型
• 1.5 变形镁合金的强化方法
• 1.5.1 细晶强化
• 1.5.2 固溶强化
• 1.5.3 热处理强化
• 1.5.4 合金化
• 1.6 研究内容
• 第二章 实验方案和研究方法
• 2.1 实验方案及路线
• 2.2 合金的制备
• 2.2.1 合金的设计及原料的选择
• 2.2.2 合金的熔炼工艺
• 2.2.3 铸态合金的轧制工艺
• 2.2.4 铸态合金的挤压工艺
• 2.3 性能测试及分析方法
• 2.3.1 硬度测试
• 2.3.2 拉伸性能测试
• 2.3.3 合金成分分析
• 2.3.4 光学显微组织分析
• 2.3.5 X 射线衍射分析
• 2.3.6 扫描电子显微及能谱分析
• 第三章 铸态合金组织与性能
• 3.1 前言
• 3.2 铸态组织分析
• 3.2.1 铸态合金的成分测定
• 3.2.2 铸态合金光学组织分析
• 3.2.3 铸态合金组织的相分析
• 3.2.4 铸态合金的SEM 分析
• 3.3 铸态合金的力学性能
• 3.3.1 硬度
• 3.3.2 拉伸性能
• 3.3.3 断口分析
• 第四章 轧制及退火态合金的组织与性能
• 4.1 前言
• 4.2 轧制态合金的组织与性能
• 4.2.1 均匀化退火后的组织与性能
• 4.2.2 轧制态合金组织分析
• 4.2.3 轧制态合金SEM 分析
• 4.3 合金轧制态力学性能分析
• 4.3.1 硬度
• 4.3.2 拉伸性能
• 4.3.3 拉伸断口分析
• 4.4 轧制态合金的退火组织与性能
• 4.4.1 退火态合金组织分析
• 4.4.2 退火态合金SEM 分析
• 4.5 退火态合金的力学性能
• 4.5.1 硬度
• 4.5.2 拉伸性能
• 4.5.3 拉伸断口分析
• 第五章 挤压及时效态合金组织与性能
• 5.1 前言
• 5.2 合金的挤压态及时效态组织
• 5.2.1 合金挤压态的组织
• 5.2.2 时效态合金的组织
• 5.3 挤压态合金的力学性能
• 5.3.1 硬度
• 5.3.2 拉伸性能
• 5.3.3 拉伸断口分析
• 第六章 结论
• 参考文献
• 摘要
• Abstract
• 致谢