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微量元素对Mg-Al-Zn系镁合金组织与性能的影响

作　者: 刘杰
导　师: 邓运来；戚文军
学　校: 中南大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 耐热镁合金 Mg-Al-Zn合金 显微组织 Mg2Si 力学性能
分类号: TG146.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


Mg-Al-Zn-Si系耐热镁合金具有较优异的室温及高温力学性能,且成本低廉,具有广阔的应用前景。Mg2Si为高温生成相,有利于提高合金高温力学性能,但是Mg2Si容易生长为粗大的汉字状和多边形状,对力学性能不利,需要控制Mg2Si的形貌、数量、分布和大小等,提高合金的力学性能。本论文主要采用电感耦合等离子光谱分析,光学显微镜观察、X射线衍射分析、扫描电镜观察、硬度测试及力学性能检测,系统地研究了Al、Si、Ca、Sr对Mg-Al-Zn-Si合金组织和性能的影响及Sm对Mg-6Al-1Zn组织和性能的影响,探明了Mg2Si形貌的变化规律,得到以下结果：(1)探明了A1和Si含量对Mg2Si形貌变化的影响规律。Mg-Al-Zn合金中添加少量的Si元素后,生成粗大的汉字状形貌Mg2Si相；Al或Si含量增加,合金中开始出现多边形Mg2Si,同时汉字状Mg2Si减少。(2)揭示了Al和Si元素与Mg-Al-Zn-Si合金微观组织和力学性能的相互关系。合金中A1或Si含量增加,汉字状Mg2Si颗粒减少,多边形Mg2Si颗粒增多。多边形Mg2Si颗粒不利于合金的力学性能,其含量越高,力学性能下降幅度越大。在Mg2Si颗粒由汉字状转化为多边形形貌的临界转化区域,A1和Si元素含量呈现线性关系。(3)确定了合适的A1、Si添加量分别为6%和0.6%。Mg-6Al-1Zn-1.0Si合金中存在多边形Mg2Si和汉字状Mg2Si; Mg-6Al-1Zn-0.6Si合金中只存在汉字状Mg2Si。(4)探明了微合金化元素Ca, Sr对合金微观组织与力学性能的影响规律。Ca和Sr都能细化汉字状和多边形状Mg2Si,使粗大的多边形Mg2Si细化为40～50μm的方块状,汉字状Mg2Si转化为～5μm的细小颗粒状,但是方块状Mg2Si不利于合金的力学性能。Ca和Sr主要富集在Mg2Si表面,多余的Ca以棒状CaMgSi存在,多余的Sr则以Al4Sr相存在；棒状的CaMgSi相会长成剪刀状,棒状的Al4Sr相会长成针状。(5)确定了合适的Ca、Sr添加量分别为0.3%和0.1%。Sr具有比Ca更好的细化效果,Ca和Sr复合添加能形成更加弥散的Mg2Si,获得较好的组织,室温力学性能、150℃C力学性能都上升。经过4]0℃C/12h固溶处理后,合金具有更高的室温力学性能和150℃力学性能。(6)揭示了Sm对Mg-6Al-1Zn组织和力学性能的影响规律。在Mg-6Al-1Zn合金中添加Sm后,合金中生成Al2Sm相,Al2Sm颗粒能够显著提高合金的150℃力学性能。但是Sm含量增加,Al2Sm增多并长大,同时Mg17Al12减少。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章 文献综述  9-31
  1.1 引言  9-10
  1.2 镁及镁合金概述  10-11
  1.3 耐热镁合金的应用  11-14
  1.4 耐热镁合金的研究现状和发展趋势  14-22
    1.4.1 Mg-Al系  14-19
    1.4.2 Mg-RE系  19-21
    1.4.3 Mg-Zn系  21-22
  1.5 耐热镁合金的强化手段  22-25
    1.5.1 固溶强化  22
    1.5.2 析出强化  22-23
    1.5.3 弥散强化  23-24
    1.5.4 细晶强化  24-25
    1.5.5 复合强化及准晶强化  25
  1.6 合金化元素对Mg-Al-Si系耐热镁合金的影响  25-29
    1.6.1 碱土元素  27-28
    1.6.2 稀土元素  28-29
    1.6.3 氮族元素  29
  1.7 本实验研究的目的和意义  29-31
第二章 实验过程及研究方法  31-37
  2.1 技术路线与研究内容  31
  2.2 合金成分设计  31-33
  2.3 合金的制备  33-34
  2.4 热处理工艺的设计  34-35
  2.5 组织观察与力学性能检测  35-37
    2.5.1 金相显微分析  35
    2.5.2 硬度测试  35
    2.5.3 合金化学成分分析  35
    2.5.4 X射线衍射分析  35-36
    2.5.5 扫描电镜分析  36
    2.5.6 力学性能测试  36-37
第三章 Mg-xAl-1Zn-ySi合金的显微组织和力学性能  37-44
  3.1 Al、Si含量对Mg-xAl-1Zn-ySi合金铸态组织的影响  37-42
  3.2 Al、Si含量对Mg-xAl-1Zn-ySi合金力学性能的影响  42-43
  3.3 本章小结  43-44
第四章 Ca、Sr对Mg-6Al-1Zn-xSi合金组织和性能的影响  44-63
  4.1 Ca、Sr对Mg-6Al-1Zn-1.0Si合金铸态组织和性能的影响  44-49
    4.1.1 Ca、Sr微合金化对合金相组成的影响  44-45
    4.1.2 Ca、Sr微合金化对合金铸态组织的影响  45-48
    4.1.3 Ca、Sr微合金化对合金力学性能的影响  48-49
  4.2 Ca、Sr微合金化对Mg-6Al-1Zn-0.6Si合金组织和性能的影响  49-62
    4.2.1 Ca、Sr微合金化对合金铸态组织的影响  49-55
    4.2.2 固溶处理对微合金化合金组织的影响  55-58
    4.2.3 Ca、Sr微合金化对合金力学性能的影响  58-62
  4.3 本章小结  62-63
第五章 Sm对Mg-6Al-1Zn组织和性能的影响  63-68
  5.1 Sm对合金组织的影响  63-66
    5.1.1 Sm对合金铸态组织的影响  63-65
    5.1.2 固溶处理对合金组织的影响  65-66
  5.2 Sm对合金力学性能的影响  66-67
  5.3 本章小结  67-68
第六章 结论  68-69
参考文献  69-75
致谢  75-76
攻读硕士学位期间发表的论文  76

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属材料 > 有色金属及其合金 > 轻有色金属及其合金 > 镁
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