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Mg-Zr基阻尼镁合金的制备及其性能研究

作　者: 沈平
导　师: 刘子利
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 材料学
关键词: Mg-Zr阻尼合金粉末冶金机械合金化阻尼性能等通道转角挤压
分类号: TG146.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 35次
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内容摘要

Mg-Zr系合金具有优异的阻尼性能、抗蚀性能和比刚度等优点,但由于力学性能偏低,在实际应用中受到限制。采用粉末冶金和熔铸工艺制备了Mg-Zr合金,并利用等通道转角挤压方法进一步细化晶粒,制备出Mg-Zr高强高阻尼合金。通过运用光学显微镜、XRD、SEM、DMA和力学性能测试方法研究了组织与性能之间的关系。结果表明:利用机械合金化和粉末压制烧结法获得的Mg-xZr(x=0.6,1.5,2.5,5.0,mass%下同)合金,在Zr含量低于2.5%时,合金力学性能随Zr含量的增加而升高,当Zr含量达5%时,合金力学性能较Zr含量为1.5%和2.5%时有所降低。合金阻尼性能随Zr含量的增加先增加后降低再增加,在5%时达到最大值0.084。在Zr含量为1.5%时晶粒细化明显,抗弯强度达184.95MPa,显微维氏硬度为45.00,且具有较好阻尼性能,tanφ为0.082。进一步对Mg-1.5Zr合金的球磨工艺研究发现,球磨转速为280r/min,球料比为20:1,球磨时间为10h的球磨参数对获得优异的力学性能最为合适,其抗弯强度达238.68MPa。而对阻尼性能而言,最佳的球磨工艺是球磨转速为310r/min,球料比为5:1,球磨时间为10h,阻尼性能tanφ达0.113。在球磨转速为310r/min,球料比为5:1,球磨时间为10h的球磨工艺条件下,Cd元素的添加使Mg-1.5Zr-xCd合金(x=0.5,1.0,1.5)显微组织由近等轴晶型转变纤维流线型,并在Mg-1.5Zr-0.5Cd合金中出现亚晶结构;另外,合金的显微硬度和抗弯强度随Cd含量的升高而升高,Mg-1.5Zr-1.5Cd的抗弯强度达266.96MPa,显微维氏硬度为57.90。合金的阻尼性能随Cd含量的增加先增高后下降。采用ECAP挤压对铸态Mg-0.6Zr合金进行变温和变挤压道次工艺研究发现,Mg-0.6Zr合金在变形过程中发生动态再结晶,晶粒显著细化,并随挤压温度的升高发生晶粒长大;另外,ECAP变形后合金的室温力学性能明显改善,与铸态合金相比,显微硬度和抗拉强度在300℃挤压6次时达到最高,分别达56.10和187.80MPa。合金经300℃挤压后,阻尼性能较铸态合金有所降低。合金经400℃挤压1道次后阻尼性能较铸态合金有所提高。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章绪论  12-25
  1.1 镁的基本特征  12-14
    1.1.1 纯镁的基本性能  12-13
    1.1.2 镁的晶体结构  13
    1.1.3 镁合金的性能  13-14
  1.2 镁合金的发展与应用状况  14-17
    1.2.1 镁合金的研究现况  14-17
  1.3 阻尼镁合金的分类与研究状况  17-19
    1.3.1 Mg-Zr 系阻尼镁合金  18
    1.3.2 Mg-Ni 系阻尼镁合金  18
    1.3.3 Mg-Cu 系阻尼镁合金  18
    1.3.4 镁基复合材料的阻尼性能  18-19
    1.3.5 多孔镁的阻尼性能  19
  1.4 镁合金的阻尼研究  19-23
    1.4.1 镁合金的阻尼机理  19
    1.4.2 阻尼性能的表征  19-20
    1.4.3 镁基阻尼合金的影响因素  20-22
    1.4.4 提高阻尼性能的方法  22-23
  1.5 镁合金的制备成形技术  23-24
    1.5.1 铸造成形  23
    1.5.2 塑性加工成形  23
    1.5.3 粉末冶金法成形  23-24
  1.6 本课题的研究思路与研究内容  24-25
第二章材料制备与实验方法  25-33
  2.1 机械合金化粉末的制备  25-27
    2.1.1 实验材料与实验设备  25-26
    2.1.2 压制粉末块体所用模具  26
    2.1.3 成分设计及主要参数  26-27
    2.1.4 制备过程  27
  2.2 块体合金的制备  27-28
    2.2.1 粉末的压制成型  27
    2.2.2 压制坯体的烧结  27-28
  2.3 等通道转角挤压（ECAP）样品的制备  28-29
    2.3.1 合金熔炼与制坯  28
    2.3.2 ECAP 基本原理.  28-29
    2.3.3 ECAP 工艺特点.  29
  2.4 材料显微组织分析及性能测试  29-33
    2.4.1 结构分析  29
    2.4.2 扫描电镜分析  29
    2.4.3 显微组织分析  29
    2.4.4 合金显微硬度测试  29-30
    2.4.5 合金抗弯强度测试  30
    2.4.6 合金拉伸性能测试  30-31
    2.4.7 试样密度测试方法  31
    2.4.8 合金的阻尼性能测试  31-33
第三章 ZR 含量对MG-ZR 合金组织和性能的影响  33-41
  3.1 实验方法  33
  3.2 ZR 含量对MG-ZR 合金组织和性能的影响  33-40
    3.2.1 Zr 含量对显微组织的影响  33-34
    3.2.2 粉末烧结对合金密度的影响  34-36
    3.2.3 Zr 含量对力学性能的影响  36-37
    3.2.4 断口形貌分析  37
    3.2.5 Zr 含量对阻尼性能的影响  37-38
    3.2.6 频率对合金阻尼性能的影响  38-40
  3.3 本章小结  40-41
第四章机械合金化工艺对MG-ZR 合金组织与性能的影响  41-52
  4.1 实验方法  41
  4.2 机械合金化工艺对MG-ZR 合金组织的影响  41-44
    4.2.1 显微组织及XRD 分析  41-44
    4.2.2 机械合金化过程中固溶度的扩展机制  44
  4.3 机械合金化对MG-ZR 合金性能的影响  44-51
    4.3.1 机械合金化对合金力学性能的影响  45-46
    4.3.2 断口形貌分析  46-47
    4.3.3 机械合金化工艺对合金阻尼性能的影响  47-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章 CD 含量对MG-ZR 合金组织与性能的影响  52-59
  5.1 实验方法  52
  5.2 CD 含量对MG-ZR 合金组织的影响  52-54
    5.2.1 显微组织及XRD 分析Cd 含量对合金显微组织的影响  52
    5.2.2 Cd 含量对XRD 的影响  52-54
  5.3 CD 含量对MG-ZR 合金性能的影响  54-57
    5.3.1 Cd 含量对合金力学性能的影响  54
    5.3.2 扫描电子显微分析  54-55
    5.3.3 Cd 含量对合金阻尼性能的影响  55-56
    5.3.4 频率对Mg-Zr-Cd 合金阻尼性能的影响  56-57
    5.3.5 阻尼机制分析  57
  5.4 本章小结  57-59
第六章等通道转角挤压对MG-ZR 合金组织与性能的影响  59-68
  6.1 实验方法  59
  6.2 ECAP 工艺对MG-ZR 合金组织和性能的影响  59-67
    6.2.1 ECAP 工艺对合金显微组织的影响  59-62
    6.2.2 ECAP 工艺对合金力学性能的影响  62-65
    6.2.3 ECAP 工艺对合金阻尼性能的影响  65-67
  6.3 本章小结  67-68
第七章结论  68-70
  7.1 ZR 含量对MG-ZR 合金组织和性能的影响规律研究  68
  7.2 MG-ZR 阻尼合金机械合金化制备工艺研究  68-69
  7.3 粉末冶金MG-1.5ZR-XCD 合金组织和性能的研究  69
  7.4 等通道角挤压铸态MG-0.6ZR 合金组织和性能的研究  69-70
参考文献  70-76
致谢  76-77
在学期间的研究成果及发表的学术论文  77

Mg-Zr基阻尼镁合金的制备及其性能研究

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