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细晶Mg-Zn-Y合金的制备、组织、性能及强化机理

作　者: 徐春杰
导　师: 郭学锋
学　校: 西安理工大学
专　业: 材料学
关键词: Mg-Zn-Y合金快速凝固往复挤压强化机制热膨胀系数
分类号: TG146.22
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

镁合金具有良好的生物兼容性、最高的比强度和比刚度、优异的工艺性能、较好的耐腐蚀性能、良好的导热、减振及电磁屏蔽性以及原材料丰富、切削加工简单和回收容易等优点。镁合金被认为是制备电器产品壳体、运输工具和航天飞行器零部件最具前途的结构材料。然而，镁合金的强度、塑性和韧性有待进一步提高。快速凝固（RS）技术可有效地细化合金晶粒、减少偏析，从而有望大幅度提高镁合金的力学性能。往复挤压（RE）是一种等体积大塑性变形技术，可以在不改变原始形状下，制备细晶材料。本文以Mg-Zn-Y合金为研究对象，采用普通凝固（CT）、单辊RS和REI艺，对比研究了该合金的组织与性能。研究了RE制备超细组织、高强高韧镁合金的强化机理及快速凝固薄带的焊合机制。研究包括的主要内容和获得的主要结论有：基于RS原理完善了KND-Ⅱ型单辊快速凝固中试系统，在冷却速度介于1.14×10⁶ K·s^-1～4.12×10⁷K·s^-1条件下，制备的RS-Mg-Zn-Y合金薄带组织由过饱和α-Mg固溶体和少量在α-Mg晶粒间分布的Z相及其它金属间化合物构成，薄带组织存在微弱的微观偏析。薄带晶粒尺寸小于5μm。研制了可在普通立式压力机上实现多道次RE装置，并采用该装置对CT及RS状态下的Mg-Zn-Y合金进行了RE。RE可促使RE-n-EX-CT-Mg-Zn-Y合金基体通过破碎和反复动态再结晶细化；晶界网状化合物通过破碎细化，并随材料的流动而发生位置迁移，最终均匀分布在基体上。提高RE道次，组织变得更均匀。RE是一种提高RE-n-EX-CT-Mg-Zn-Y镁合金强度和塑性的有效方法。RE过程中，每一道次的名义应变速率是0.1503s^-1。温度介于300℃～350℃范围RE可以使材料内积累较高的真应变，有利于获得大的Zener-Hollomon参数Z^*值，促进原子扩散及析出相形核和长大；在获得高致密、高机械性能的同时，有利于RS薄带的焊合。RE后，RE-n-EX-RS-Mg-Zn-Y合金强化相颗粒由三部分组成：第一类是原薄带晶粒内部凝固时的强化相，为～100nm。RE使第一类强化相在组织中分布更均匀，但大小基本不变；第二类是原薄带晶粒界面上的网状化合物经RE破碎形成的不规则颗粒，尺寸为～0.5μm；第三类为RE过程脱溶形成的沉淀相，尺寸一般为70nm左右，弥散分布于α-Mg基体中。RE后RE-n-EX-RS-Mg-Zn-Y合金获得了较高的拉伸强度（RE-n-EX-RS-B1和RE-n-EX-RS-B2合金的拉伸强度大于400MPa）、屈强比（大于0.8，其中RE-n-EX-RS66合金接近1）和伸长率（RE-n-EX-RS66合金的伸长率大于20％）。往复挤压获得高强韧快速凝固Mg-Zn-Y合金的强化机制包括细晶强化、固溶强化、位错强化、沉淀析出和弥散分布强化以及位错间的摩擦阻力强化机制。其中，细晶强化和Orowan强化机制是主要的强化机制。在100～150℃温度范围，Mg-Zn-Y合金热（线）膨胀系数与制备工艺有关，材料的膨胀系数由大到小顺序为：α_tCT-Mg-Zn-Y＞α_tRE-n-EX-CT-Mg-Zn-Y＞α_tRE-n-EX-RS-Mg-Zn-Y。RE结合RS可以获得低膨胀系数的Mg-Zn-Y合金。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-12
1 绪论  12-36
  1.1 镁及镁合金  12-14
  1.2 Mg-Zn-Y(-Zr)合金  14-17
  1.3 Mg-Zn-Y合金的准晶相及对性能的影响  17-20
  1.4 快速凝固技术在镁合金中的应用  20-23
  1.5 单辊快速凝固技术  23-27
  1.6 快速凝固材料的固结  27-28
  1.7 大塑性变形(SPD)  28-34
    1.7.1 镁合金的等径转角挤压  29-30
    1.7.2 镁合金的往复挤压  30-34
  1.8 本文研究的主要内容  34-36
2 实验设备与实验方法  36-43
  2.1 实验设备  36-38
    2.1.1 KND-Ⅱ型单辊快速凝固设备  36-37
    2.1.2 正挤压  37-38
    2.1.3 往复挤压  38
  2.2 实验用合金的熔配  38-39
    2.2.1 CT合金  39
    2.2.2 制备RS  39
  2.3 制备EX-CT、EX-RS和RE-n-EX材料  39-40
    2.3.1 EX-CT和EX-RS  39-40
    2.3.2 RE-n-EX合金的制备  40
  2.4 合金试样的热处理  40
  2.5 分析测试方法  40-41
    2.5.1 显微组织  40
    2.5.2 DTA及DSC分析  40
    2.5.3 力学性能分析  40-41
    2.5.4 TMA分析  41
  2.6 技术路线及实验方案  41-43
3 CT-Mg-Zn-Y合金的组织与性能  43-66
  3.1 CT-Mg-Zn-Y合金的组织  43-62
    3.1.1 合金的组织  43-52
    3.1.2 热处理对铸态组织的影响  52-62
  3.2 CT-Mg-Zn-Y合金的性能  62-65
  3.3 小结  65-66
4 RS-Mg-Zn-Y合金薄带的组织与性能  66-75
  4.1 RS-Mg-Zn-Y合金的组织  66-69
  4.2 RS对组织的影响  69-72
    4.2.1 RS薄带中的偏析  69-71
    4.2.2 RS薄带中的准晶相  71-72
  4.3 RS-Mg-Zn-Y合金薄带的性能  72-74
  4.4 小结  74-75
5 RE-CT-Mg-Zn-Y合金的组织与性能  75-84
  5.1 RE-CT-Mg-Zn-Y合金的组织  75-78
    5.1.1 RE-CT-Mg-Zn-Y合金的组织特点  75-77
    5.1.2 RE-CT-Mg-Zn-Y合金晶粒细化  77-78
  5.2 RE-CT-Mg-Zn-Y合金的性能  78-79
  5.3 热处理对RE-CT-Mg-Zn-Y合金组织及力学性能的影响  79-82
    5.3.1 热处理对RE-CT-Mg-Zn-Y合金组织的影响  79-80
    5.3.2 热处理对RE-CT-Mg-Zn-Y合金力学性能的影响  80-82
  5.4 小结  82-84
6 RE-RS-Mg-Zn-Y合金的组织与性能  84-94
  6.1 RE-RS-Mg-Zn-Y合金的组织  84-91
    6.1.1 RE-RS-Mg-Zn-Y合金的组织特点  84-89
    6.1.2 RE-RS-Mg-Zn-Y合金薄带焊合  89-91
  6.2 RE-RS-Mg-Zn-Y合金的性能  91-93
  6.3 小结  93-94
7 往复挤压快速凝固镁合金的强化机制  94-105
  7.1 RE过程中应变与应变速率  94-95
  7.2 RE对析出相的影响  95-97
  7.3 RE过程中的DRX  97-98
  7.4 RE-RS-Mg-Zn-Y合金的强化机制  98-103
  7.5 RE对材料塑性的影响  103-104
  7.6 小结  104-105
8 Mg-Zn-Y合金热膨胀特性  105-114
  8.1 CT-Mg-Zn-Y合金热膨胀  105-108
    8.1.1 CT-Mg-Zn-Y合金热膨胀系数  105-106
    8.1.2 热处理对CT-Mg-Zn-Y合金热膨胀系数的影响  106-108
  8.2 RE-CT-Mg-Zn-Y合金热膨胀  108-109
  8.3 RE-RS-Mg-Zn-Y合金的热膨胀  109-111
  8.4 Mg-Zn-Y合金热膨胀与温度的关系  111-113
  8.5 小结  113-114
9 结论  114-118
致谢  118-119
参考文献  119-132
在校学习期间所发表的论文(仅写出与本文相关的论文)  132-133
在校学习期间所申请的专利(仅写出与本文相关的专利)  133
在校学习期间所获得的奖励  133

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