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Mg-Gd-Y-Sm-Zr合金耐热性能和强化机理研究

作　者: 周伟
导　师: 李全安
学　校: 河南科技大学
专　业: 材料学
关键词: Mg-Gd-Y-Sm-Zr合金显微组织力学性能强化机制
分类号: TG146.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

镁合金作为结构材料在低温条件下得到广泛应用，然而为了满足在更高的温度（200℃以上）下使用，开发了耐热性能较好的稀土镁合金，其中高钆镁合金就成为近年来研究的热点。本文研究了Mg-Gd-Y-Sm-Zr系镁合金，通过固溶和人工时效来改善耐热镁合金的显微组织和提高其高温力学性能。文中综合运用了材料的各种研究方法，主要包括金相显微分析、带能谱的扫描电子显微分析、X射线衍射分析、拉伸和高温蠕变等测试手段并对实验合金的显微组织和力学性能进行观察与分析。结果表明，铸态和时效态Mg-Gd-Y-Sm-Zr系镁合金的显微组织都是由α-Mg基体、Mg₅Gd和Mg₂₄Y₅组成。随着温度的升高，合金的抗拉强度先增大后减小，在250℃时达到最大值（313.5MPa），延伸率随温度的升高而升高；通过固溶强化、析出强化和细晶强化等手段提高了Mg-Gd-Y-Sm-Zr系镁合金的室温和高温力学性能，改善了合金的塑性，其力学性能均优于WE54合金。室温下，Mg-Gd-Y-Sm-Zr系镁合金拉伸断口形貌呈现明显的解理平台，随着拉伸温度的升高，拉伸断口形貌中显示微孔聚集和撕裂棱逐渐增加，有从脆性断裂到韧性断裂转变的趋势。通过理论计算，α-Mg基体相与Mg₅Gd晶面错配度极小，在有效形核范围内，可作为良好的异质晶核，细化晶粒。Mg-Gd-Y-Sm-Zr系镁合金蠕变抗力要优于目前商业化应用比较成功的WE54合金，在200℃-300℃范围内，该系列合金的蠕变主要由位错攀移向位错交滑移控制机制转变；随着温度和应力的增加，Mg-Gd-Y-Sm-Zr系镁合金的蠕变激活能与纯镁的晶界扩散激活能80kJ/mol越来越接近。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
第1章绪论  7-15
  1.1 引言  7-9
  1.2 Mg-Gd-Y-Zr 系镁合金中各元素的作用  9-10
  1.3 镁合金的强化机制和力学性能研究现状  10-14
  1.4 本论文研究的意义和主要内容  14-15
第2章实验内容与方法  15-22
  2.1 技术路线  15
  2.2 成分设计及原料准备  15-16
  2.3 合金熔炼及气体保护  16-17
  2.4 热处理  17-18
  2.5 性能测试及微观分析  18-22
    2.5.1 力学性能测试  18-19
    2.5.2 蠕变性能测试  19-20
    2.5.3 金相显微分析  20-21
    2.5.4 合金物相分析  21
    2.5.5 扫描电镜分析  21-22
第3章实验结果及分析  22-29
  3.1 时效态合金的高温力学性能  22-23
  3.2 合金显微组织演变  23-29
    3.2.1 铸态和时效态合金的金相组织  23-25
    3.2.2 合金 XRD 分析  25-26
    3.2.3 合金 SEM 和 DES 分析  26-27
    3.2.4 断口形貌观察  27-29
第4章 Mg-Gd-Y-(Sm)-Zr 合金强化的理论计算  29-33
  4.1 各种强化机制对合金屈服强度的贡献  29-30
  4.2 Gd 对镁合金的晶粒细化机理分析  30-32
  4.3 小结  32-33
第5章 Mg-Gd-Y-(Sm)-Zr 合金的高温蠕变行为  33-45
  5.1 镁合金的蠕变曲线  33-34
  5.2 合金的蠕变行为  34-37
  5.3 合金蠕变机制探讨  37-38
  5.4 合金应力指数和蠕变激活能的计算  38-42
    5.4.1 应力指数 n 的计算  40-41
    5.4.2 蠕变激活能 Q_c的计算  41-42
  5.5 提高合金抗蠕变性能的方法  42-43
  5.6 小结  43-45
第6章结论  45-46
参考文献  46-51
致谢  51-52
攻读硕士学位期间的研究成果  52

Mg-Gd-Y-Sm-Zr合金耐热性能和强化机理研究

内容摘要

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