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Sc、Sb对Mg-Gd-Y合金组织和性能的影响

2020-12-07阅读(606)

Sc、Sb对Mg-Gd-Y合金组织和性能的影响

论文摘要

镁合金较低的高温力学性能严重限制了其广泛应用。本文以Mg-Gd-Y基合金为基础,利用光学显微镜（OM）、X-射线衍射仪（XRD）、带能谱分析（EDS）的扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、差动分析仪（DSC）、拉伸实验等检测分析技术,研究Sc、Sb元素对Mg-7Gd-3Y基合金组织和力学性能的影响。对合金铸态组织研究结果表明:Mg-7Gd-3Y-xSc（x=0,0.5,1）合金的铸态显微组织由等轴α-Mg和主要沿晶界分布的半连续析出相组成;合金组成相为а-Mg、Mg24（Y,Gd）5和Mg5（Gd,Y）,在合金中添加Sc后没有生成新相,但合金中的析出相含量有着明显的增多,并在晶界处聚集长大;SEM分析结果表明:Mg-7Gd-3Y-0.5%Sc合金析出相中均含有一定量的Sc,其中,Sc在Mg24（Y,Gd）5相中的含量远大于Sc在Mg5（Gd,Y）相中的含量。在Mg-7Gd-3Y合金加入Sc能提高铸态合金的室温和200℃的抗拉强度和屈服强度,Mg-7Gd-3Y-1Sc合金的室温抗拉强度和屈服强度分别达到了240和180MPa,200℃时的抗拉强度和屈服强度分别为215和149Mpa。在Mg-7Gd-3Y合金中加入Sc会提高析出相熔点和合金的熔化温度;DSC分析表明:低熔点共晶相的溶解温度从411.6℃提高到431.1℃;Mg5（Gd,Y）相向а-Mg中的溶解温度从553.1℃提高到554.1℃,合金的最终熔化温度也从637.5℃提高到639.0℃。合金的固溶处理结果表明:在525℃进行固溶时发现,合金Mg-7Gd-3Y固溶处理10h后枝晶结构基本消除,但在晶内及晶界上仍有部分未溶解的富RE相,随着时间的延长,这些富RE相会逐渐变小,但很难完全溶解;随着Sc的加入,合金在固溶处理时,未溶解的富RE相明显增多;在540℃进行固溶处理时,Mg-7Gd-3Y-0.5Sc和Mg-7Gd-3Y-1%Sc两种合金的晶粒大小随固溶时间的延长发生了异常变化现象,表现为固溶处理的前2-8h晶粒由大变小,随后晶粒由小变大,这一变化与合金的固溶硬度曲线分析结果一致。Mg-7Gd-3Y-xSc在525℃/10h固溶处理后进行的时效（225℃）处理表明:在时效过程中,合金基体中会有大量的析出相析出,随着时间的延长,析出相的含量也相应地增加,合金中的时效析出相会优先在未固溶相和晶界处析出;而随着Sc含量的增加,这种优先析出倾向更加明显;在合金中添加Sc能够提高提高合金的时效峰值硬度及合金的室温和200℃力学性能; Mg-7Gd-3Y-1Sc合金的时效峰值时的室温抗拉强度和屈服强度分别为254MPa和185MPa,200℃时的抗拉强度和屈服强度分别为228MPa和159Mpa;TEM分析结果表明,合金在时效过程中析出相的长条状Mg24（Y,Gd）5相和颗粒状的Mg5（Gd,Y）相是合金力学性能的到提高的原因。与金属型铸造对比,挤压铸造获得的组织均匀,且晶粒更加细小。在Mg-7Gd-3Y合金中加入Sb后,合金的晶粒得到了细化,析出相的明显增多并在晶界三角处聚集长大;Mg-7Gd-3Y-xSb（x=0,1）合金合金在525℃固溶处理结果表明:在固溶处理开始后,晶间网状共晶相快速地重新融入基体,取而代之的是在其原来的位置上形成的弥散的点状颗粒相;当固溶时间达到10h,晶间组织完全溶解到基体中,颗粒状析出相变少或消失且合金晶粒都发生了一定的晶粒粗化;在Mg-7Gd-3Y合金中加入Sb后,晶粒的粗化现象降低。在Mg-7Gd-3Y合金中加入Sb能提高合金的室温及200℃的抗拉强度和屈服强度; Mg-7Gd-3Y-1Sb合金时效时效峰值时的室温抗拉强度和屈服强度分别为260MPa和194MPa,200℃时的抗拉强度和屈服强度也达到了244MPa和181MPa。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 综述
  • 1.1 引言
  • 1.2 镁及镁的合金化
  • 1.2.1 镁元素的基本性质
  • 1.2.2 镁的合金化
  • 1.3 提高镁合金高温性能的措施
  • 1.3.1 基体强化
  • 1.3.2 晶界强化
  • 1.3.3 细晶强化
  • 1.4 稀土耐热镁合金的研究现状
  • 1.4.1 Mg-Y 系
  • 1.4.2 Mg-Sc 系
  • 1.4.3 Mg-Gd 系
  • 1.4.4 Mg-Dy 系
  • 1.4.5 Mg-Sm 系
  • 1.5 课题研究的内容、意义及方法
  • 1.5.1 课题研究的意义
  • 1.5.2 课题研究的主要内容及实现方法
  • 第二章 研究方法和实验过程
  • 2.1 合金成分设计
  • 2.2 合金制备
  • 2.3 挤压铸造工艺过程
  • 2.4 组织及性能检测方法
  • 2.4.1 拉伸力学性能测试
  • 2.4.2 硬度测试
  • 2.4.3 金相显微分析
  • 2.4.4 X 射线衍射分析
  • 2.4.5 扫描电镜分析
  • 2.4.6 合金的DSC 分析
  • 2.4.7 透射电镜分析
  • 第三章 SC 对MG-7GD-3Y-合金铸态组织及性能的影响
  • 3.1 MG-7GD-3Y-XSC 的组织及性能
  • 3.1.1 Mg-7Gd-3Y-xSc 合金组成相
  • 3.1.2 Mg-7Gd-3Y-xSc 显微组织
  • 3.1.3 Sc 对Mg-7Gd-3Y 铸态合金断口组织的影响
  • 3.1.4 Sc 对Mg-7Gd-3Y 铸态合金力学性能的影响
  • 3.2 分析与讨论
  • 3.3 本章小结
  • 第四章 SC 对MG-7GD-3Y 合金热处理组织及性能的影响
  • 4.1 固溶处理
  • 4.1.1 Mg-7Gd-3Y-xSc 合金的DSC 分析
  • 4.1.2 固溶处理参数的设定
  • 4.1.3 Sc 对Mg-7Gd-3Y 合金固溶处理显微组织的影响
  • 4.1.4 Sc 对Mg-7Gd-3Y 合金硬度的影响
  • 4.1.5 分析与讨论
  • 4.2 时效处理
  • 4.2.1 Sc 对Mg-7Gd-3Y 合金时效处理组织的影响
  • 4.2.2 Sc 对Mg-7Gd-3Y 合金时效处理力学性能的影响
  • 4.3 本章小结
  • 第五章 SB 对MG-7GD-3Y 合金挤压铸造组织和性能的影响
  • 5.1 MG-7GD-3Y-XSB 合金的组织及性能
  • 5.1.1 Sb 对Mg-7Gd-3Y 合金显微组织的影响
  • 5.1.2 Sb 对Mg-7Gd-3Y 合金的力学性能的影响
  • 5.1.3 Sb 对Mg-7Gd-3Y 合金的断口组织的影响
  • 5.2 分析与讨论
  • 5.3 本章小结
  • 第六章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 在读期间的研究成果及发表的学术论文

    • 相关论文文献

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