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等通道转角挤压稀土变质高铝镁合金的组织及性能研究

作　者: 阴耀鹏
导　师: 梁伟
学　校: 太原理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 高铝稀土镁合金 等通道转角挤压 微观组织 力学性能
分类号: TG379
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 33次
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内容摘要


本文以高性能变形镁合金材料为研究方向,以等通道转角挤压对高铝稀土镁合金的影响为主要研究内容,以Mg-Al系合金Mg-15Al-xNd为研究基础,对ECAP(等通道转角挤压)与高铝稀土镁合金Mg-Al-Nd的合金成分、组织结构、室温/高温力学性能之间的关系进行了较深入的系统研究。本文主要内容为在250°C下,采用Bc路径对不同成分的高铝稀土镁合金进行4道次ECAP,探讨4道次ECAP的变形行为对不同成分的Mg-15Al-XNd镁合金的显微组织、挤压前后合金的硬度、室温/高温力学性能的影响规律,同时研究了稀土元素对Mg-15Al镁合金的组织及性能,尤其是高温性能的影响。首次将高铝稀土镁合金引入了研究课题,使用高Al(15wt%)镁合金可以在保证足够塑韧性的基础上,充分发挥β相的强化作用,从而使得合金强度的大幅度提高。研究了将适量稀土元素Nd加入到Mg-15Al合金中,从而使合金晶粒细化的机理。在同等凝固条件下,可使基体组织逐步得到细化,晶间共晶体分散度随之加大,α-Mg晶粒平均尺寸由62.4μm减小到27.9μm,晶粒细化效果明显。稀土元素Nd细化Mg-15Al合金的主要机理是:Nd元素的加入使得凝固过程中固-液界面前沿成分过冷度增大; Mg-15Al合金的硬度、拉伸强度和伸长率也得到了提高,如抗拉强度从141.3 MPa提高到189.6MPa,提高幅度达34.2%,伸长率则由0.23%提高到了1.1%。研究了Mg-15Al-xNd镁合金ECAP热变形后的显微组织与力学性能。结果表明:ECAP挤压四道次后,Mg-15Al-xNd合金得到了明显细化,α-Mg基体晶粒尺寸减小到2μm ~3μm,部分区域晶粒尺寸小于1μm。ECAP变形细化Mg-15Al-xNd合金晶粒的主要机理是连续动态回复和再结晶。由于ECAP变形后,晶粒尺寸细化显著,所以细晶强化作用非常显著,合金的力学性能提高明显。屈服强度、抗拉强度和延伸率大幅提高到224.6MPa、310.9MPa和7.5%。研究了Mg-15Al-xNd镁合金ECAP热变形后的高温力学性能。结果表明:含稀土镁合金在不同温度和应变速率下力学性能呈现不同形式。在高温下,晶界滑移成为影响材料变形行为以及组织与性能的关键因素。由于Al-Nd稀土相的存在,对晶界起到了钉扎作用,有效地阻止了晶界和位错的滑动,提高了晶界滑动的切变抗力,从而提高了Mg-15Al合金的高温强度。说明稀土变形镁合金Mg-Al-Nd具有更高的耐热性能,丰富了稀土提高镁合金耐热性能的理论。本研究表明,可以通过对Mg-15Al-xNd镁合金进行适当的等通道转角挤压来制备高强度镁合金。它不仅具有良好的综合力学性能,且在高温时也具有很好的耐热性,为我国镁合金事业的发展做出了一次有效的探索。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章 绪论  11-31
  1.1 变形镁合金及应用  11-16
    1.1.1 变形镁合金的概况  11-14
    1.1.2 镁合金的应用  14-16
      1.1.2.1 镁合金在汽车上的应用  14-15
      1.1.2.2 镁合金在3C 及航空航天中的应用  15-16
  1.2 稀土元素在镁合金中的作用  16-20
  1.3 等通道转角挤压(ECAP)  20-28
    1.3.1 等通道挤压技术原理  21-22
    1.3.2 等通道挤压技术的影响因素  22-25
    1.3.3 等通道挤压后材料的组织  25-26
    1.3.4 等通道挤压后材料的性能  26-27
    1.3.5 等通道挤压技术的应用  27-28
  1.4 本文选题意义及研究内容  28-31
第二章 实验方法  31-37
  2.1 合金制备  31-32
    2.1.1 实验成分设计  31
    2.1.2 熔炼过程  31-32
    2.1.3 试样制备  32
  2.2 ECAP 挤压过程  32-34
    2.2.1 ECAP 挤压模具  32-33
    2.2.2 ECAP 挤压过程  33-34
  2.3 物相分析及微观组织观测  34-35
    2.3.1 物相分析  34
    2.3.2 金相观察  34
    2.3.3 扫描电镜观察（SEM）  34
    2.3.4 透射电镜观察（TEM）  34-35
    2.3.5 断口观察  35
  2.4 力学性能测试  35-37
    2.4.1 硬度测试  35
    2.4.2 室温拉伸测试  35
    2.4.3 高温拉伸实验  35-37
第三章 ND 对铸态MG-15AL 合金组织及性能的影响  37-49
  3.1 引言  37
  3.2 ND 对MG-15AL 合金微观组织的影响  37-42
    3.2.1 物相分析  37-39
    3.2.2 显微组织分析  39-42
  3.3 ND 对MG-15AL 合金力学性能的影响  42-46
    3.3.1 ND 对铸态MG-15AL 合金硬度的影响  42-43
    3.3.2 ND 对铸态MG-15AL 合金拉伸性能的影响  43-45
    3.3.3 拉伸断裂后断口形貌分析  45-46
  3.4 分析与讨论  46-48
    3.4.1 ND 对MG-15AL 合金组织影响机理  46-47
    3.4.2 ND 对MG-15AL 合金力学性能影响  47-48
  3.5 结论  48-49
第四章 ECAP 后MG-15AL-XND 合金显微组织及力学性能的研究  49-67
  4.1 引言  49
  4.2 ECAP 挤压四道次后MG-15AL-XND 合金显微组织  49-54
  4.3 ECAP 四道次挤压后MG-15AL-XND 合金室温力学性能  54-57
    4.3.1 ECAP 四道次挤压后合金的硬度  54-55
    4.3.2 ECAP 四道次挤压后合金的拉伸性能  55-56
    4.3.3 拉伸断裂后断口形貌分析  56-57
  4.4 ECAP 四道次挤压后MG-15AL-XND 合金高温力学性能  57-62
    4.4.1 不同ND 含量下的合金高温拉伸性能  57-59
    4.4.2 不同拉伸速度下的合金高温拉伸性能  59-60
    4.4.3 不同拉伸温度下的合金拉伸性能  60-62
  4.5 分析与讨论  62-64
    4.5.1 室温力学性能  62-63
    4.5.2 高温力学性能  63-64
  4.6 结论  64-67
第五章 结论  67-69
参考文献  69-77
致谢  77-79
攻读硕士学位期间发表的学术论文  79

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属压力加工 > 挤压 > 有色金属及合金挤压
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