耐热高强度变形镁合金研究

论文摘要

本论文以高性能变形镁合金材料作为研究方向,以Ca元素对变形镁合金影响为主要研究内容,以课题组前期工作阶段性成果为基础,对变形镁合金材料的合金成分—组织结构—变形行为—性能变化—材料应用之间的相互关系和作用规律进行了较深入系统的研究。本文主要结论如下:（1）对于挤压态变形镁合金而言,当Al含量为10～11%,Zn含量为2～3%时,镁合金随Al、Zn含量的增加,抗拉强度升高,延伸率下降;AZ113抗拉强度最高,为352.6MPa,其延伸率为9.5%。（2）AZ113镁合金的抗拉强度、伸长率都随Ca含量增加,先降后升。Ca含量为2.0%时,室温抗拉强度达到最大值351.4 MPa,与基体合金相比仅降低了0.34%;Ca含量为0.7%时,室温伸长率达到最大值8.86%。（3）Ca能够提高AZ113镁合金在250℃时的抗拉强度。添加0.7%Ca时,高温抗拉强度提高1.7%;添加2.0%Ca时,高温抗拉强度则提高10.0%。高温伸长率略低于基体合金,含Ca量为0.7%时,高温伸长率为17.8%;含Ca量为2.0%Ca时,高温伸长率为16.9%。（4）T5处理后β-Mg17Al12相以弥散细棒状形式析出,进一步提高了X20镁合金的抗拉强度,而伸长率降低。相同温度的T4处理,X20镁合金的晶粒比AZ113镁合金的要小得多,β-Mg17Al12相也没有完全固溶,而且还形成了高熔点的Al2Ca相。（5）Ca的加入在镁合金表面形成了致密CaO/MgO保护层,改善了AZ113疏松的蜂窝状氧化膜结构,消除了氧化膜开裂现象,显著地增强了AZ113镁合金高温抗氧化性能。（6）经过对AZ113+xCa系列镁合金的组织和性能的综合分析,表明X20镁合金具有良好综合性能,室温和高温抗拉强度均已超过目前变形镁合金抗拉强度最高的AZ80A、ZK60A,同时具有7.29%的伸长率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 镁合金研究背景及意义
• 1.2 镁及镁合金性质和特点
• 1.2.1 镁的性质
• 1.2.2 镁合金及分类方法
• 1.2.3 镁合金的性能特点
• 1.3 变形镁合金
• 1.3.1 变形镁合金发展现状
• 1.3.2 镁合金塑性变形的结构特征
• 1.3.3 镁合金的塑性变形机理
• 1.3.4 镁合金的挤压变形技术
• 1.4 高强度镁合金
• 1.4.1 镁合金细晶强化
• 1.4.2 镁合金合金强化
• 1.5 耐热镁合金
• 1.5.1 Mg-Al系耐热镁合金的设计
• 1.5.2 合金元素在Mg-Al系耐热镁合金中的作用
• 1.6 研究目的及内容
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 研究内容
• 2 实验方案与内容
• 2.1 技术路线
• 2.2 合金的选定
• 2.3 合金制备
• 2.3.1 实验用原材料
• 2.3.2 合金的熔炼与浇注
• 2.4 挤压工艺的确定
• 2.4.1 挤压比
• 2.4.2 预热温度
• 2.4.3 挤压速度
• 2.5 热处理工艺的确定
• 2.5.1 固溶处理工艺参数
• 2.5.2 时效处理工艺参数
• 2.6 镁合金高温氧化实验
• 2.7 分析测试方法
• 2.7.1 显微组织分析
• 2.7.2 力学性能测试
• 3 挤压变形对镁合金组织和性能的影响
• 3.1 挤压变形对镁合金组织的影响
• 3.1.1 合金相组成
• 3.1.2 挤压镁合金组织
• 3.2 挤压变形对镁合金拉伸性能的影响
• 3.3 挤压变形对镁合金断裂行为的影响
• 4 Ca元素对挤压变形镁合金的影响
• 4.1 引言
• 4.2 Ca对变形镁合金相组成和组织的影响
• 4.2.1 Ca对变形镁合金相组成的影响
• 4.2.2 Ca对变形镁合金组织的影响
• 4.3 Ca对变形镁合金力学性能的影响
• 4.3.1 Ca对变形镁合金室温力学性能的影响
• 4.3.2 Ca对变形镁合金高温力学性能的影响
• 4.4 Ca对变形镁合金抗氧化性能的影响
• 4.4.1 Ca对变形镁合金高温氧化膜的影响
• 4.4.2 Ca对变形镁合金高温氧化影响的机理
• 5 挤压变形镁合金的热处理研究
• 5.1 引言
• 5.2 T5对挤压变形镁合金的影响
• 5.2.1 T5处理对挤压变形镁合金组织的影响
• 5.2.2 T5处理对挤压变形镁合金力学性能的影响
• 5.3 T4对挤压变形镁合金的影响
• 5.3.1 T4处理对挤压变形合金组织的影响
• 5.3.2 T4处理对挤压变形镁合金力学性能的影响
• 5.4 T6对挤压变形镁合金的影响
• 5.4.1 T6处理对挤压变形合金组织的影响
• 5.4.2 T6处理对挤压变形镁合金力学性能的影响
• 6 挤压变形镁合金管材工艺探索
• 6.1 管材挤压及热处理工艺确定
• 6.1.1 管材挤压工艺
• 6.1.2 管材热处理工艺
• 6.2 镁合金挤压管材性能测试方法
• 6.2.1 管材拉伸实验
• 6.2.2 管材弯曲实验
• 6.3 镁合金挤压管材组织和性能
• 6.3.1 挤压态管材组织
• 6.3.2 时效态管材组织
• 6.3.3 管材力学性能
• 6.3.4 管材弯曲实验结果及分析
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文