学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

含微量Cr、Mg的Zn-1.0Cu-0.2Ti合金的组织与性能

作　者: 王艳
导　师: 肖来荣
学　校: 中南大学
专　业: 材料学
关键词: Zn-Cu-Ti合金合金化腐蚀热加工加工图
分类号: TG146.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 6次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

锌铜钛合金与锌及锌铝合金相比具有良好的抗蠕变性能,被称为抗蠕变锌合金,其机械性能可以与铜合金、铝合金相媲美,可以部分替代铜合金、铝合金。然而,锌合金在使用过程中,经过长时间的服役,因发生腐蚀而表现出力学性能下降、尺寸不稳定等现象。另一方面,锌合金生产加工过程中存在塑性差、变形困难、温升大等问题。这是限制锌合金产业化及推广应用的两个重要问题。因此,对锌合金的腐蚀行为及热加工行为进行研究,具有非常重要的实际意义。本研究采用熔铸、挤压等方法制备了一系列Zn-1.0Cu-0.2Ti和Zn-1.0Cu-0.2Ti-X(简称ZCT、ZCT-X)合金,借助光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针显微分析仪(EPMA)、电子能谱仪(EDS)、电子万能试验机等设备,首先分析微合金化后ZCT-X合金的组织与性能,然后研究在不同条件下合金的腐蚀行为,分析合金的腐蚀形貌和腐蚀产物,并对合金的腐蚀机理进行初步探讨；通过不同变形条件下的热压缩实验,得出ZCT-0.1Cr合金的流变应力方程,并绘制合金的热加工图,分析合金的高温变形机制。得出以下结论：(1)ZCT合金铸态组织呈典型枝晶状,主要由η相、TiZn15市目、ε相及Cu2TiZn22相组成。与ZCT合金相比,ZCT-xCr和ZCT-xMg合金的铸态组织较粗,合金的相组成变化不大。随着Cr含量的增加,合金中枝晶的方向性先减弱后增加。随着Mg含量的增加,合金中枝晶的方向性减弱。(2)Cr、Mg元素均显著提高了ZCT合金的强度,Cr对合金的伸长率影响不明显,Mg显著降低合金的伸长率。ZCT和ZCT-0.1Cr合金的拉伸断口为典型的韧性断裂,ZCT-0.1Mg合金的拉伸断口为明显的脆性断裂。(3)在NaCl溶液中,ZCT合金的电化学腐蚀性能随着NaCl浓度的升高而下降,随着温度的升高而下降；ZCT-X合金在自来水中的电化学腐蚀性能优于其在NaCl溶液中的电化学腐蚀性能。(4)ZCT-X合金在常温3.5%NaCl溶液中的腐蚀增重量的增长速度随着时间的延长均呈现先增大后逐渐降低的趋势；ZCT合金在高温下该溶液中的腐蚀速率服从幂指数规律。ZCT-X合金在常温3.5%NaCl中的腐蚀产物为ZnO和Zn5(OH)8Cl2·H2O,ZCT合金在90℃的3.5%NaCl中的腐蚀产物为ZnO。(5)在ZCT-X合金腐蚀过程中,以基体η相为阳极,第二相为阴极形成微电池,造成基体η相快速溶解。添加Cr、Mg后,ZCT-X合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀速率明显下降,Mg提高合金耐腐蚀性能的作用更为显著。(6)在变形温度为200-350℃、应变速率为0.01-10s"1的变形条件下,随着变形温度的降低和应变速率的增大,ZCT-0.1Cr合金的流变真应力及真应力峰值增加。ZCT-0.1Cr合金热压缩变形时的流变应力本构方程见公式(5-10)。(7)在ZCT-0.1Cr合金加工图中的失稳区域并未发现破坏性的组织变化,在温度250-350℃、应变速率0.01-0.135S-1变形条件下,合金发生动态再结晶,在其它条件下发生位错运动或动态回复。在合金热加工时,变形温度应控制在250-300℃之间,应变速率应控制在0.1s-1左右。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章文献综述  11-28
  1.1 金属锌概述  11-13
    1.1.1 基本性质  11
    1.1.2 化学及电化学性能  11-12
    1.1.3 锌资源概况  12
    1.1.4 锌的应用  12-13
  1.2 锌合金分类  13-19
    1.2.1 锌铝系合金  14
    1.2.2 锌铜系合金  14-19
  1.3 腐蚀概论  19-22
    1.3.1 腐蚀基本理论  19-20
    1.3.2 影响腐蚀的因素  20-21
    1.3.3 锌合金腐蚀研究现状  21-22
  1.4 材料热加工理论  22-26
    1.4.1 “加工性”的定义  22
    1.4.2 热加工研究方法  22-23
    1.4.3 金属热变形力学行为研究  23-25
    1.4.4 动态材料模型  25-26
  1.5 本文的研究意义和内容  26-28
第二章实验过程与方法  28-34
  2.1 实验流程  28
    2.1.1 合金成分设计  28
    2.1.2 研究路线  28
  2.2 合金的制备与加工  28-30
  2.3 组织性能检测  30-34
    2.3.1 微观组织分析  30-31
    2.3.2 力学性能检测  31
    2.3.3 腐蚀实验  31-32
    2.3.4 热模拟实验  32-34
第三章 Zn-1.0Cu-0.2Ti-X合金的组织及力学性能  34-46
  3.1 铸态Zn-1.0Cu-0.2Ti-X合金的组织  34-42
    3.1.1 Zn-Cu-Ti合金中的二元相图分析  34-36
    3.1.2 Zn-1.0Cu-0.2Ti合金的铸态组织  36-37
    3.1.3 Zn-1.0Cu-0.2Ti-xCr合金的铸态组织  37-39
    3.1.4 Zn-1.0Cu-0.2Ti-xMg合金的铸态组织  39-42
  3.2 挤压态Zn-1.0Cu-0.2Ti-X合金的组织  42
  3.3 挤压态Zn-1.0Cu-0.2Ti-X合金的拉伸性能  42-45
    3.3.1 Zn-1.0Cu-0.2Ti-X合金的力学性能  42-44
    3.3.2 Zn-1.0Cu-0.2Ti-X合金的断口形貌  44-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章 Zn-1.0Cu-0.2Ti-X合金的腐蚀性能研究  46-63
  4.1 极化曲线  46-50
    4.1.1 Zn-1.0Cu-0.2Ti合金在不同介质中的腐蚀性能  46-47
    4.1.2 Zn-1.0Cu-0.2Ti合金在不同温度下的腐蚀性能  47-48
    4.1.3 Zn-1.0Cu-0.2Ti-X合金在自来水中的腐蚀性能  48-49
    4.1.4 Zn-1.0Cu-0.2Ti-X合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀性能  49
    4.1.5 Zn-1.0Cu-0.2Ti-X合金在不同介质中的腐蚀性能对比  49-50
  4.2 腐蚀称重实验  50-53
    4.2.1 常温腐蚀  50-51
    4.2.2 高温腐蚀  51-53
  4.3 腐蚀形貌及产物分析  53-56
    4.3.1 常温腐蚀  53-55
    4.3.2 高温腐蚀  55-56
  4.4 合金腐蚀机理分析  56-62
  4.5 本章小结  62-63
第五章 Zn-1.0Cu-0.2Ti-0.1Cr合金的热加工行为研究  63-76
  5.1 合金的真应力-真应变曲线  63-64
  5.2 变形条件对真应力-真应变曲线的影响  64-65
    5.2.1 变形温度对真应力-真应变曲线的影响  64
    5.2.2 应变速率对真应力-真应变曲线的影响  64-65
  5.3 合金材料常数的求解及本构方程的建立  65-69
    5.3.1 热加工材料常数求解  65-68
    5.3.2 变形激活能  68-69
    5.3.3 合金的本构方程  69
  5.4 合金热加工后显微组织  69-70
  5.5 合金的加工图  70-74
    5.5.1 加工图的绘制  70-73
    5.5.2 加工图的分析讨论  73-74
  5.6 本章小结  74-76
第六章结论  76-77
参考文献  77-85
攻读硕士学位期间主要的研究成果  85-86
致谢  86

含微量Cr、Mg的Zn-1.0Cu-0.2Ti合金的组织与性能

内容摘要

全文目录

相似论文