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Mg-Gd-Y基高强镁合金组织及性能控制的基础研究

作　者: 梁晓锋
导　师: 杨明波
学　校: 重庆理工大学
专　业: 材料学
关键词: 镁合金 Mg-Gd-Y基镁合金 Zr 显微组织力学性能
分类号: TG146.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

Mg-Gd-Y基镁合金作为一种有发展前途的高强镁合金，其研究正引起国内外的关注和重视。然而，目前国内外对于合金化和/或微合金化、挤压和热处理等影响Mg-Gd-Y基高强镁合金组织和性能的研究还不系统和完善。因此，如何在已有Mg-Gd-Y基高强镁合金研究开发的基础上，设计开发新型的Mg-Gd-Y基镁合金，并在此基础上研究合金化和/或微合金化、挤压和/或热处理对其显微组织和力学性能的影响，对于高性能Mg-Gd-Y基高强镁合金的成功开发并推动其应用具有非常重要的理论意义和实际价值。本文基于铸造、挤压和热处理等制备工艺，并利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）及能谱分析（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、差热分析（DSC）以及抗拉性能测试等手段，研究了Mg-Gd-Y-0.6Mn-0.6Ca、Mg-12Gd-4Y-1Zn-xZr和Mg-Gd-Y-1Zn-0.6Zr（wt%）高强Mg-Gd-Y基镁合金的显微组织和力学性能，得到了以下主要研究结果：1）所有试验镁合金均主要由α-Mg、Mg5Gd和Mg24Y5相组成，并且在本文条件下Gd、Y含量变化和/或Zr添加对合金组织中合金相类型的影响不大。同时，所有试验合金在凝固过程中均在530℃左右发生了L→α-Mg+Mg5Gd共晶反应。此外，在Mg-12Gd-4Y-1Zn-xZr和Mg-Gd-Y-1Zn-0.6Zr试验镁合金中发现存在层片状的LPSO(Long-period Stacking Order)组织，而这种组织在Mg-Gd-Y-0.6Mn-0.6Ca试验镁合金中并未被观察到。2）对于Mg-Gd-Y-0.6Mn-0.6Ca试验镁合金，在Y含量为5wt%时，含13wt%Gd合金的晶粒较含10wt%Gd合金的晶粒相对细小，同时第二相的数量也较多；在Gd含量为13wt%时，随着Y含量从3wt%增加到5wt%，合金晶粒尺寸变化不明显，但组织中合金相的数量增加，且逐渐由细小颗粒状和/或断续状分布向相对粗大的准连续状分布转变。在Mg-Gd-Y-0.6Mn-0.6Ca试验镁合金中，Mg-13Gd-5Y-0.6Mn-0.6Ca试验合金挤压+时效处理后具有相对较高的抗拉性能。3）在Mg-12Gd-4Y-1Zn-xZr试验镁合金中添加0.6-1.2wt%Zr可以细化合金的晶粒，其中添加0.9wt%Zr的晶粒细化效率最高，其次依次是添加0.6wt%Zr和1.2wt%Zr。在Mg-12Gd-4Y-1Zn-xZr试验镁合金中，Mg-12Gd-4Y-1Zn-0.9Zr合金在挤压以及挤压+时效处理后具有相对较高的抗拉性能，尤其是抗拉强度和屈服强度。4）对于Mg-Gd-Y-1Zn-0.6Zr试验镁合金，在含Gd量为14wt%时，随着Y含量从2wt%增加到4wt%，合金组织中第二相的数量增加并变得粗大，而含Y量为4wt%时，含12wt%Gd合金较含14wt%Gd合金的组织细小。与Mg-14Gd-(2-4)Y-1Zn-0.6Zr合金相比，Mg-12Gd-4Y-1Zn-0.6Zr合金在挤压以及挤压+时效处理后均具有相对较高的抗拉性能，尤其是抗拉强度和屈服强度。5）时效处理可改善所有试验镁合金挤压后的抗拉性能，其中Mg-Gd-Y-0.6Mn-0.6Ca试验镁合金在200℃时效温度下相对较优的时效时间为60-84h，而Mg-12Gd-4Y-1Zn-xZr和Mg-14Gd-(2-4)Y-1Zn-0.6Zr试验镁合金200℃时效温度下相对较优的时效时间为48-60h。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-22
  1.1 镁合金概述  10-11
    1.1.1 镁合金的性质  10
    1.1.2 镁合金的应用  10-11
  1.2 变形镁合金及其研究进展  11-21
    1.2.1 变形镁合金的设计与开发  12-14
    1.2.2 Mg-Gd-Y 基高强镁合金的研究开发现状  14-21
  1.3 本文的研究目的和意义  21
  1.4 本文的主要研究内容  21-22
2 实验材料及实验方法  22-28
  2.1 研究技术路线  22
  2.2 实验合金的成分设计  22-23
  2.3 实验合金的制备  23-25
    2.3.1 实验合金的熔炼铸造  23-24
    2.3.2 实验合金的均匀化处理  24
    2.3.3 实验合金的挤压处理  24-25
    2.3.4 实验合金挤压后的热处理  25
  2.4 组织分析和性能检测方法  25-28
    2.4.1 金相组织观察  25
    2.4.2 差热分析（DSC）  25-26
    2.4.3 扫描电镜及能谱分析  26
    2.4.4 XRD 分析  26
    2.4.5 力学性能测试  26
    2.4.6 显微硬度测试  26-28
3 实验结果及分析  28-90
  3.1 Mg-Gd-Y-0.6Mn-0.6Ca 镁合金的显微组织和力学性能  28-48
    3.1.1 Mg-Gd-Y-0.6Mn-0.6Ca 镁合金的铸态组织  28-33
    3.1.2 Mg-Gd-Y-0.6Mn-0.6Ca 镁合金的 DSC 分析  33-35
    3.1.3 Mg-Gd-Y-0.6Mn-0.6Ca 镁合金的均匀化组织  35-37
    3.1.4 Mg-Gd-Y-0.6Mn-0.6Ca 镁合金挤压后的显微组织和力学性能  37-41
    3.1.5 Mg-Gd-Y-0.6Mn-0.6Ca 镁合金挤压+热处理后的显微组织和力学性能  41-48
  3.2 Mg-12Gd-4Y-1Zn-xZr 镁合金的显微组织和力学性能  48-68
    3.2.1 Mg-12Gd-4Y-1Zn-xZr 镁合金的铸态组织  48-53
    3.2.2 Mg-12Gd-4Y-1Zn-xZr 镁合金的 DSC 分析  53-55
    3.2.3 Mg-12Gd-4Y-1Zn-xZr 镁合金的均匀化组织  55-56
    3.2.4 Mg-12Gd-4Y-1Zn-xZr 镁合金挤压后的显微组织和力学性能  56-61
    3.2.5 Mg-12Gd-4Y-1Zn-xZr 镁合金挤压+热处理后的显微组织和力学性能  61-68
  3.3 Mg-Gd-Y-1Zn-0.6Zr 镁合金的显微组织和力学性能  68-86
    3.3.1 Mg-Gd-Y-1Zn-0.6Zr 镁合金的铸态组织  68-72
    3.3.2 Mg-Gd-Y-1Zn-0.6Zr 镁合金的 DSC 分析  72-75
    3.3.3 Mg-Gd-Y-1Zn-0.6Zr 镁合金的均匀化组织  75
    3.3.4 Mg-Gd-Y-1Zn-0.6Zr 镁合金挤压后的显微组织和力学性能  75-80
    3.3.5 Mg-Gd-Y-1Zn-0.6Zr 镁合金挤压+热处理后的显微组织和力学性能  80-86
  3.4 分析讨论  86-90
    3.4.1 Zr 的添加对 Mg-12Gd-4Y-1Zn 合金晶粒大小影响的分析  86-87
    3.4.2 挤压变形对 Mg-Gd-Y 基镁合金在中组织和性能的影响  87-90
4 结论  90-92
致谢  92-94
参考文献  94-98
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果  98-99

Mg-Gd-Y基高强镁合金组织及性能控制的基础研究

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