多稀土复合添加及预冷轧对Mg--Gd基合金时效硬化行为的影响

摘要

为提高Mg-Gd基合金的时效硬化效应并开发高性能镁合金，本工作以半连续铸造法制备的Mg-Gd-Y-Nd-Ho-Er-Zn-Zr合金为实验材料，结合简单的固溶+时效、固溶+冷轧+时效工艺探究多稀土（RE）复合添加以及预冷轧对合金时效硬化行为的影响。通过金相显微镜(OM)、扫描显微镜(SEM)、X射线衍射技术(XRD)、电子背散射衍射技术(EBSD)和透射电子显微技术(TEM)等表征合金热处理及预冷轧的组织演变过程，并重点对峰值时效态合金进行组织分析。本项研究揭示了多稀土复合添加及预冷轧对Mg-RE合金时效硬化行为的促进作用，论文主要结果如下: Mg-2.1Gd-2.0Y-1.9Nd-0.9Ho-1.0Er-0.5Zn-0.4Zr(wt％)合金的铸态组织主要由α-Mg基体和(Mg，Zn)3RE相组成，520℃/16h固溶处理后(Mg，Zn)3RE相全部固溶到基体。Mg-Gd二元合金只有在高Gd元素含量（15wt％以上）时才有明显的时效硬化效果，而研究表明该合金在中等稀土含量(8wt％)时，200℃时效时即能表现出显著的时效硬化效应(△HV=35.7)，表明多稀土复合添加(Gd，Y，Nd，Ho，Er)取代单一的Gd元素能够促进Mg-Gd合金的时效硬化效应。T6态合金具有很好的综合力学性能(σb=306MPa，σs=215MPa，δ=5.7％)及中等水平的热导率(55.0W/(m·K))，强度和热导率的提高主要归因于β"/β'析出相在时效时的形成。 Mg-2.1Gd-1.7Ho-1.4Y-1.3Nd-0.9Er-0.5Zn-0.5Zr固溶态合金在室温轧制12％变形量时具有良好的成形性。预冷轧在合金基体中引入高密度位错、{10(1)2}拉伸孪晶、基面层错(SFs)以及强基面织构。位错加速时效时的原子扩散并提供形核质点，因此T3态合金在200℃时效9h达到时效峰值T8态(99.2HV)，而T4态合金则需要36h达到时效峰值T6态(88.9HV)。T8态合金更高的强度主要归因于密度更大和尺寸更小的β"析出相、位错以及柱面β"析出相与基面SFs组成的特殊位向关系。而上述T8态合金中的强化因素都是室温简单的预冷轧变形和时效处理引入的特殊强化组织。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1引言

1．2稀土元素合金化镁合金

1．3 Mg-RE合金的固溶时效强化

1．3．1 Mg-Gd合金时效析出序列

1．3．2 Mg-Gd合金时效析出相强化机制

1．4选题依据及意义

1．4．1研究多稀土复合添加对Mg-Gd合金时效硬化效果的意义

1．4．2研究预冷变形对Mg-Gd合金时效硬化效果的意义

1．5主要研究内容

第二章合金制备及实验方法

2．1实验技术路线

2．2材料准备

2．3合金成分

2．4实验工艺

2．4．1差示扫描量热分析DSC

2．4．2固溶时效处理

2．4．3轧制预变形

2．5性能测试

2．5．1显微硬度测试

2．5．2室温拉伸性能测试

2．5．3热导率测试

2．6显微组织分析

2．6．1金相OM及扫描电镜SEM观察

2．6．2 X射线衍射分析XRD

2．6．3电子背散射衍射EBSD分析

2．6．4透射电子显微TEM分析

第三章多稀土复合添加对Mg-Gd基合金时效硬化行为的影响

3．1微观组织观察与分析

3．1．1铸态合金组织分析

3．1．2 T4态合金组织分析

3．1．3 T6态合金组织分析

3．1．4 β”／β’相转变讨论

3．2性能测试及分析

3．2．1拉伸性能

3．2．2断口分析

3．2．3热导率

3．3对比评价

3．4本章小结

第四章预冷轧对Mg-Gd基合金时效硬化行为的影响

4．1预冷轧对合金时效硬化行为的影响

4．2预冷轧+时效处理对合金力学性能的影响

4．3微观组织分析

4．3．1 OM及SEM显微组织观察分析

4．3．2 EBSD表征预冷轧+时效对组织的影响

4．3．3冷轧态T3合金TEM微观组织分析

4．3．4 T3和T4合金时效后的组织衍变分析

4．4讨论

4．4．1位错对时效硬化行为的影响

4．4．2 T6和T8态合金的强化机制

4．4．3强度计算模型

4．5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢