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Mg-3Sn-2Sr-Ca/RE/Ti镁合金的显微组织和力学性能研究

作　者: 秦财源
导　师: 杨明波
学　校: 重庆理工大学
专　业: 材料学
关键词: 镁合金 Mg-3Sn-2Sr镁合金显微组织力学性能
分类号: TG146.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

镁合金作为轻质的工程结构材料，其在汽车、航空航天和其它领域的应用前景广阔。然而，现有镁合金的高温力学性能等还难以满足工业生产的需要。因此，有必要开发高性能的新型耐热镁合金。Mg-Sn-Sr镁基合金作为一种潜在的高温镁合金，其研究正引起国内外的关注和重视。然而，目前国内外对于Mg-Sn-Sr镁基合金的研究主要集中在少量合金的组织性能方面，对进一步通过合金化和/或微合金化改善合金组织和性能方面的研究还非常少。因此，针对Mg-Sn-Sr镁基合金进一步合金化和/或微合金化的组织和性能控制展开研究，对于高性能Mg-Sn-Sr镁基合金的开发及扩大镁合金的应用具有非常重要的理论指导意义和实际应用价值。本文基于Mg-3Sn-2Sr（wt.%）三元新型镁合金，利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、差热分析（DSC）以及抗拉和蠕变性能测试等手段，研究了Ca、RE(Ce、Y和Gd)和Ti添加对Mg-3Sn-2Sr镁合金显微组织和力学性能的影响，尤其是对铸态组织及抗拉性能和蠕变性能的影响，并得到了以下主要研究结果：1）Mg-3Sn-2Sr镁合金的铸态组织主要由α-Mg、SrMgSn和少量的Mg2Sn相组成，在Mg-3Sn-2Sr合金中添加0.3-1.0wt%Ca后，合金中出现了CaMgSn新相，并且在添加1.0wt%Ca的合金中还发现存在Mg2Ca相。2）在Mg-3Sn-2Sr镁合金中添加0.3-1.0wt%Ca可以改善合金的抗拉性能和蠕变性能，并且随着Ca添加量从0.3wt%增加到1.0wt%，含Ca合金的抗拉性能和蠕变性能逐渐增加。在添加了0.3wt%、0.6wt%和1.0wt%Ca的三个试验合金中，以添加1.0wt%Ca合金的抗拉性能和蠕变性能相对较佳。对于Ca添加对Mg-3Sn-2Sr合金蠕变性能的影响，其可能与Ca添加形成了额外的CaMgSn热稳定相以及Ca含量增加导致CaMgSn相数量增加有关。3）在Mg-3Sn-2Sr镁合金中分别添加1.0wt%Ce、1.0wt%Y和1.0wt%Gd后，合金的组织仍主要由α-Mg、SrMgSn和少量的Mg2Sn相组成，但合金组织中原有的富Sn区域消失，并且分别有Mg12Ce、Mg24Y5和Mg5Gd相形成。同时，Ce和Y添加还有利于Mg-3Sn-2Sr合金中Mg2Sn相的生成而Gd添加则没有发现类似的结果。此外，Gd添加对Mg-3Sn-2Sr合金的组织有一定的细化效果。4）在Mg-3Sn-2Sr镁合金中添加1.0wt%Ce、1.0wt%Y和1.0wt%Gd可以改善合金的抗拉性能和/或蠕变性能。对于抗拉性能的改善，以添加1.0wt%Gd的效果最佳。而对于蠕变性能的改善，则以添加1.0wt%Ce最为明显。5）在Mg-3Sn-2Sr镁合金添加0.1-0.3wt%Ti虽然对合金组织中相的类型没有明显影响，但使合金中呈花瓣状的SrMgSn相的数量增加且分布更分散。此外，在Mg-3Sn-2Sr镁合金添加0.1-0.3wt%Ti可以明显改善合金的抗拉性能和蠕变性能。在添加了0.1wt%、0.2wt%和0.3wt%Ti的三个试验合金中，以添加0.1wt%Ti合金的抗拉性能相对较高，而以添加0.2wt%Ti合金的蠕变性能相对较佳。

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-10
1. 绪论  10-21
  1.1 Mg-Sn 二元镁合金的组织和性能  11-13
    1.1.1 Sn 在 Mg-Sn 合金中的作用  11-12
    1.1.2 Mg-Sn 合金的组织和力学性能及热处理对其影响  12-13
  1.2 Mg-Sn-X 系新型镁合金的研究进展  13-18
    1.2.1 Mg-Sn-Ca 系镁合金  13-15
    1.2.2 Mg-Sn-Sr 系镁合金  15-16
    1.2.3 Mg-Sn-La 系镁合金  16-17
    1.2.4 Mg-Sn-Zn 系镁合金  17
    1.2.5 Mg-Sn-Nd 系镁合金  17-18
    1.2.6 其他 Mg-Sn-X 系镁合金  18
  1.3 多元 Mg-Sn 基耐热镁合金的研究进展  18-19
  1.4 Mg-Sn 系耐热镁合金发展展望  19
  1.5 本文的主要研究目的和意义  19-20
  1.6 本文的主要研究内容  20-21
2 实验材料及实验方法  21-26
  2.1 本文的研究技术路线  21
  2.2 实验合金的成分设计  21-22
  2.3 实验合金的熔炼制备  22-23
  2.4 实验合金的热处理  23
  2.5 组织和性能的测试方法  23-26
    2.5.1 金相实验  23
    2.5.2 差示扫描量热法（DSC）  23-24
    2.5.3 扫描电镜（SEM）及能谱分析（EDS）  24
    2.5.4 ＸＲＤ分析  24
    2.5.5 力学性能实验  24-25
    2.5.6 硬度测试  25-26
3. 实验结果及分析  26-63
  3.1 Mg-3Sn-2Sr-xCa 镁合金的显微组织和力学性能  26-41
    3.1.1 Mg-3Sn-2Sr-xCa 镁合金的铸态组织  26-33
    3.1.2 Mg-3Sn-2Sr-xCa 镁合金的铸态力学性能  33-36
    3.1.3 Mg-3Sn-2Sr-xCa 镁合金的热处理组织和力学性能  36-41
  3.2 Mg-3Sn-2Sr-Ce/Y/Gd 镁合金的显微组织和力学性能  41-52
    3.2.1 Mg-3Sn-2Sr-Ce/Y/Gd 镁合金的铸态组织  41-46
    3.2.2 Mg-3Sn-2Sr-Ce/Y/Gd 镁合金的铸态力学性能  46-49
    3.2.3 Mg-3Sn-2Sr-Ce/Y/Gd 镁合金的热处理组织和力学性能  49-52
  3.3 Mg-3Sn-2Sr-xTi 镁合金的显微组织和力学性能  52-63
    3.3.1 Mg-3Sn-2Sr-xTi 镁合金的铸态组织  52-57
    3.3.2 Mg-3Sn-2Sr-xTi 镁合金的铸态力学性能  57-59
    3.3.3 Mg-3Sn-2Sr-xTi 镁合金的热处理组织和力学性能  59-63
4. 分析与讨论  63-66
  4.1 Mg-3Sn-2Sr 凝固过程的分析  63
  4.2 合金元素在 Mg-3Sn-2Sr 合金中的作用分析  63-65
    4.2.1 Ca 在 Mg-3Sn-2Sr 中的作用  63-64
    4.2.2 RE 在 Mg-3Sn-2Sr 中的作用  64-65
    4.2.3 Ti 在 Mg-3Sn-2Sr 中的作用  65
  4.3 Mg-Sn-Sr-Ca、Mg-Sn-Sr-RE、Mg-Sn-Sr-Ti 合金性能对比  65-66
5. 结论  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-71
个人简历、在学期间发表学术论文及取得的研究结果  71-72

Mg-3Sn-2Sr-Ca/RE/Ti镁合金的显微组织和力学性能研究

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