反向热挤压Mg-Sn二元合金的组织与性能研究

论文摘要

由于Sn在Mg中有着很大的固溶度,且随温度的降低而发生明显减少,同时也能够形成更高稳定性的金属间化合物Mg2Sn,使得Mg-Sn基镁合金越来越受到关注,最近几年研究的热点表现在Mg-Sn二元合金固溶时效、铸造合金的耐热性及合金化对它们力学性能的影响以及挤压和轧制后的Mg-Sn基镁合金的组织与性能关系,变形Mg-Sn基合金具有细小的晶粒及高的拉/压屈服强度对称性（R）。但关于Mg-Sn基变形态合金拉伸压缩过程中高R值的本质以及孪晶的研究却鲜有报道。另外,根据超塑性理论当晶粒细化至10μm以下时,在一定温度和应变速率下拉伸能实现超常的延伸率,表现为超塑性,但是关于Mg-Sn合金的高温拉伸性能还没有报道。因此,本文通过金相显微镜、扫描电镜、XRD衍射仪及室温和高温力学性能测试,对Mg-xSn（x=3,7,14wt.%）合金热挤压态的组织和力学性能进行了研究,从而为更好地建立Mg-Sn基变形镁合金组织与性能的关系及开发新型的变形镁合金奠定基础。本研究得到的主要结论如下：Mg-xSn（x=3,7,14wt.%）合金在300℃时进行反向热挤压时,三种合金皆发生了完全动态再结晶,使得其晶粒尺寸由均匀化处理后的220、160和93μm细化为挤压后的28,3和16μm。其中由于在Mg-7Sn合金中,大量细小Mg2Sn相均匀弥散析出,提供了再结晶异质形核质点且阻碍了再结晶晶粒的长大,导致其发生了最为显著地晶粒细化。最终使得热挤压Mg-7Sn合金具有最好的室温拉伸屈服强度、抗拉强度和R值,分别为176MPa、225MPa和0.97。对Mg-7Sn合金三种强化机制的计算分析可以得出细晶强化是Mg-7Sn合金的主要强化机制。Mg-7Sn合金在250℃保温0.5h挤压时,由于更细小的Mg2Sn相均匀弥散析出,基体晶粒发生了更为显著地细化,大约2.0μm。随着保温时间延长至2h,由于析出Mg2Sn相的长大,降低了其对再结晶形核及晶粒长大的作用,使得热挤压后的晶粒尺寸长大到5.0μm。两种反挤状态的Mg-7Sn合金的室温拉伸屈服强度分别为197和160MPa,抗拉强度分别为259和239MPa,R值分别为0.96和0.88。对基体晶粒尺寸为2.0μm的Mg-7Sn合金不同压缩变形量组织分析表明,仅在大的晶粒中产生了孪晶,这意味着其变形机制主要为基面和非基面滑移。而且细晶阻碍了孪晶的产生,减少了压缩屈服强度的降低,从而使得Mg-7Sn合金具有很高的R值。Mg-7Sn合金在100～350℃下高温拉伸表明,晶粒沿拉伸方向伸长使得晶粒无法转动导致应变速率敏感性指数m值很小,合金表现出低的高温拉伸延伸率,从而未能实现超塑性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 镁合金的发展研究概况
• 1.1.1 镁合金的产业背景概论
• 1.1.2 镁合金的主要运用领域
• 1.1.3 镁合金存在的问题
• 1.2 镁合金挤压工艺概述
• 1.3 镁合金变形中的拉-压屈服强度不对称性
• 1.4 新型Mg-Sn二元合金研究概述
• 1.4.1 Mg-Sn二元合金时效行为的研究
• 1.4.2 Mg-Sn二元耐热合金的研究
• 1.4.3 Mg-Sn二元挤压变形合金的研究
• 1.5 本课题研究的意义及目标
• 第二章 实验方法
• 2.1 合金制备
• 2.1.1 合金熔炼
• 2.1.2 挤压线材制备
• 2.2 检测分析方法
• 2.2.1 显微组织观察
• 2.2.2 X射线衍射分析
• 2.2.3 硬度分析
• 2.2.4 室温拉伸压缩及高温拉伸实验
• 第三章 Mg-Sn二元合金室温组织及性能研究
• 3.1 300℃挤压态Mg-Sn合金组织及性能研究
• 3.1.1 铸态及均匀化处理后组织及性能
• 3.1.2 挤压态合金组织及性能
• 3.1.3 挤压态Mg-7Sn合金强化机制分析
• 3.2 250℃挤压态Mg-7Sn合金组织及性能研究
• 3.2.1 挤压态合金组织及性能
• 3.2.2 Mg-7Sn合金压缩变形机理分析
• 3.3 挤压态合金中的拉-压屈服强度不对称性
• 第四章 挤压态Mg-7Sn合金高温组织性能研究
• 4.1 不同应变速率下的拉伸性能研究
• 4.2 不同温度下的拉伸性能研究
• 4.3 高温组织性能分析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文