Nd含量对镁合金组织和力学性能影响的研究

摘要

在过去的几十年中，镁合金受到了极大的关注。作为最轻质的结构金属，镁合金在3C和航空航天领域有着广泛应用。与其他结构金属材料（如铝合金和钢）相比，镁合金的大规模商业化被其强度不高、塑性较差、高温性能不好等缺点所严重限制，由于其密排六方的晶体结构，导致镁合金室温滑移数目不足。合金化是一种能有效提高镁合金的力学性能的方法，同时机械热变形能够通过晶粒细化提高镁的成形性能。因此，进一步提高镁合金的力学性能，探索合金化对镁合金微观组织和力学性能的影响规律与机制，为镁合金材料的功能和结构一体化打下基础，提升镁合金价值，扩大镁合金应用。本文对Mg-Y-Zr和Mg-Al-Ca镁合金添加不同含量的Nd，以期望获得力学性能良好的优化合金成分。并采用金相分析、XRD、SEM、EDS、TEM、拉伸、压缩测试等实验手段，研究了Nd添加对Mg-Y-Zr和Mg-Al-Ca镁合金组织和性能的影响。
　　本研究主要内容包括：①在没有添加Nd的合金中，存在α-Mg和Mg24Y5相，当Nd加入到Mg-Y-Zr合金中，会形成新的β相(Mg12YNd2)。热挤压过后的合金基体中，随着Nd含量的增加，弥散分布着越来越多的破碎的Mg24Y5和Mg14YNd2相，促进了挤压态合金动态再结晶行为，并且动态再结晶的体积分数增加，合金的晶粒也从4.58μm细化到1.28μm。Nd含量由0增大到2.63％，挤压合金的抗拉强度和屈服强度增大，最大值分别达到285MPa和233MPa，未添加Nd的合金表现出最好的延伸率为29.1%，但延伸率随着Nd含量的增加降低至4.71%。②Mg-Y-Zr-Nd系合金挤压板材在热轧后发生了明显的再结晶现象，晶粒沿轧制方向拉长，第二相在轧制过程中被破碎并且沿轧制方向分布，Nd元素含量的增加导致轧制板材的基面织构强度降低。退火后的 Mg-Y-Zr-Nd系合金轧制板材发生静态再结晶，晶粒大小变得均匀，基面织构强度较轧制态相比得到了弱化。退火不能改变板材的基面织构类型，但会大大降低基面织构强度。退火后Mg-Y-Zr-Nd系合金轧制板材的抗拉强度和屈服强度降低，延伸率提高。本课题中的挤压轧制、退火处理，获得了高性能 Mg-Y-Zr-Nd合金板材，其力学性能明显优于现行的商用镁合金板材的力学性能，具有较好的工程应用潜力。③在没有添加Nd的Mg-Al-Ca合金中，存在α-Mg、Mg17Al12和Al2Ca相，当Nd加入到Mg-Al-Ca合金中，会与Al原子结合形成新的Al11Nd3相和Al2Nd相，Al11Nd3相和Al2Nd相的数量随Nd含量的升高而增多。随着Nd含量的增加，挤压合金的晶粒得到细化，并且可以有效地弱化合金的(0002)基面织构。挤压合金在150℃的抗拉强度和屈服强度随着Nd含量的增加而增大，延伸率逐渐下降，但维持在较高水平（不低于39%）。强度的提高是细晶强化、第二相强化和固溶强化综合作用。挤压态 Mg-Al-Ca-1.76Nd在150℃表现出最高的抗拉强度（229MPa）和屈服强度（159MPa）并维持较高的延伸率（39.3%）。该合金在150℃具有比商用WE43镁合金更高的力学性能，且成本比WE43合金更低。在室温时，其力学性能也表现出相同的趋势。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 镁合金概述

1.2 变形镁合金的特点

1.3 镁-稀土合金化的研究现状

1.4 稀土Nd对镁合金组织与力学性能的研究现状

1.5 本课题的研究目的及内容

2 实验材料和实验方法

2.1 实验原材料的制备

2.2 热挤压及轧制退火实验

2.3 材料组织表征

2.4 材料力学性能测试

3 Nd对Mg-Y-Zr合金组织及性能的影响

3.1 Nd对铸态Mg-Y-Zr合金的影响

3.2 Nd对挤压态Mg-Y-Zr合金的影响

3.3 本章小结

4 Mg-Y-Zr-xNd合金轧制板材及其退火后的组织与性能

4.1 40%轧制变形量Mg-Y-Zr-xNd板材及其退火的组织与性能

4.2 60%轧制变形量Mg-Y-Zr-xNd板材及其退火的组织与性能

3.3 本章小结

5 Nd对Mg-Al-Ca合金组织及性能的影响

5.1 Nd对铸态Mg-Al-Ca合金的影响

5.2 Nd对挤压态Mg-Al-Ca合金的影响

5.3 本章小结

6 结 论

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读学位期间发表的论文目录

B.作者在攻读学位期间取得的科研成果目录：