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稀土元素对AZ31变形镁合金组织和性能的影响

作　者: 刘敏娟
导　师: 李秋书
学　校: 太原科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: AZ31变形镁合金 合金元素(稀土元素Nd、Ce和La) 显微组织 力学性能
分类号: TG146.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 266次
引　用: 2次
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内容摘要


镁合金是现在运用最广且最轻的工程结构材料,具有密度小、比强度、比刚度高、阻尼性能好、电磁屏蔽、机械加工性能好、优异的加工性能和良好的铸造性能等优点,近些年来逐渐成为汽车、电子、航空航天行业的重要轻质材料。其中,AZ31变形镁合金是工业中应用最为广泛的变形镁合金之一,其具有较好的室温力学性能,好的延展性、好的抗拉强度以及优良的抗大气腐蚀性能。目前,工业用各种镁合金主要的生产方式为铸造方法。但是综合考虑,镁合金的综合力学性能,特别是强度和塑韧性有待进一步提高,AZ31变形镁合金的强度变形能力也有待进一步提高,因此我们研究合金元素对AZ31变形镁合金组织和性能的影响有特殊的意义。在镁合金中添加稀土元素可有效改善镁合金综合性能,并且在耐热镁合金中,稀土镁合金占有特殊的地位,目前世界各国稀土镁合金比例已占镁合金总数的50%以上。本论文以AZ31变形镁合金为基,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)、能谱仪、拉伸实验及硬度测试等多种分析方法,系统地研究了Nd、Ce和La对AZ31变形镁合金的组织和力学性能的影响。研究结果表明,混合加入适量的稀土元素Nd、Ce和La能够显著细化AZ31变形镁合金的显微组织,改变合金的组织形态和析出相形貌,同时提高合金的布氏硬度、室温抗拉强度、以及合金的伸长率。在AZ31变形镁合金中混合加入稀土元素Nd、Ce和La后,随着混合稀土加入量的增加,合金的力学性能呈先升高后降低的趋势。当稀土元素Nd、Ce和La的加入量分别为0.4%、0.8%、0.4%时,合金的铸态和固溶时效态硬度均达到最大值,分别为78HB和95HB、78HB和95HB、77HB和93HB ,比未加混合稀土元素时AZ31变形镁合金的性能分别提高了10%和34%、10%和34%、9.8%和31%;当稀土元素Nd、Ce和La的加入量分别为0.4%、0.6%、0.4%时合金的室温抗拉强度均达到最大值168MPa、167MPa、166MPa,比未加稀土元素时AZ31变形镁合金的性能分别提高了46.1%、45.2%、44.3%;当稀土元素Nd、Ce和La的加入量分别为0.2%、0.3%、0.6%时,合金的室温伸长率均达到最大值11.8%、11.7%、11.73%,比未加稀土元素时AZ31变形镁合金的性能分别提高了10.3%、9.4%、9.6%。在AZ31变形镁合金中混合加入稀土元素Nd、Ce和La后,合金中网状的Mg17Al12相大部分开始断裂,呈骨骼状或粒状弥散分布于合金的晶界和晶粒内部,且在组织中出现了大量针状或盘状稀土相化合物Al4Ce、Al2Nd和Al4La。在细晶强化、析出强化和固溶强化三种强化机制的综合作用下,AZ31变形镁合金的组织和性能都得到了明显的改善和提高。实验研究表明,混合加入Nd、Ce、La三种稀土元素时,Nd是这三种稀土元素中对AZ31镁合金铸态、固溶时效态硬度、抗拉强度和伸长率影响最大的。

全文目录


中文摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-31
  1.1 镁及镁合金的概述  9-20
    1.1.1 镁的性质  9-10
    1.1.2 镁合金的合金化特点  10-12
    1.1.3 镁合金的特点  12-13
    1.1.4 镁合金的分类  13-14
    1.1.5 镁合金的应用  14-20
  1.2 提高镁合金性能的方法及途径  20-21
    1.2.1 提高纯洁度、减低夹杂物的数量和尺寸  20
    1.2.2 细化组织、提高晶粒度  20
    1.2.3 采用形变时效  20
    1.2.4 强化镁合金的途径  20-21
  1.3 我国镁合金产业化存在的问题和发展展望  21-25
    1.3.1 我国镁合金产业化存在的问题  21-22
    1.3.2 我国镁合金发展的展望  22-25
  1.4 变形镁合金及研究进展  25-29
    1.4.1 变形镁合金在铸造过程中的晶粒细化  25-26
    1.4.2 变形镁合金的应用和缺陷  26-27
    1.4.3 影响变形镁合金性能的因素  27-29
  1.5 本课题的提出依据及研究内容  29-31
第二章 实验过程及研究方法  31-36
  2.1 实验材料及工艺  31
  2.2 实验的准备工作  31-32
    2.2.1 金属型的选择及预热  31-32
    2.2.2 防护涂料的配置  32
  2.3 保护气氛的选择  32-33
  2.4 合金的熔炼工艺及合金的热处理  33-34
    2.4.1 合金的熔炼工艺  33
    2.4.2 合金的热处理工艺  33-34
  2.5 试样的分析测试  34-36
    2.5.1 显微组织分析  34-35
    2.5.2 X 射线衍射分析  35
    2.5.3 组织成分分析  35
    2.5.4 力学性能测试  35-36
第三章 Nd、Ce 和La 复合作用对AZ31 变形镁合金组织和性能的影响  36-52
  3.1 Nd、Ce 和La 对AZ31 镁合金铸态组织的影响  36-42
  3.2 Nd、Ce 和La 对AZ31 镁合金固溶时效组织的影响  42-44
  3.3 Nd、Ce 和La 对AZ31 镁合金性能的影响  44-50
    3.3.1 Nd、Ce 和La 对AZ31 镁合金硬度的影响  44-46
    3.3.2 Nd、Ce 和La 对AZ31 镁合金拉伸性能的影响  46-50
  3.4 本章小结  50-52
第四章 结论  52-55
参考文献  55-59
致谢  59-60
攻读学位期间发表的学术论文目录  60-61

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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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