Ho对Mg-Y-Zn系合金组织与性能影响的研究

摘要

随着汽车、飞机制造等行业对材料轻量化、功能突出、节能环保的特殊要求，稀土镁合金已成为现代先进金属材料中重要的一员，新系列的稀土镁合金开发将会为镁合金材料的应用推广带来强大动力。目前，含长周期堆垛结构(LPSO)的Mg-RE-Zn系合金由于其出色的力学性能而成为镁合金研究中的热门方向。本文以近年来报道较多的Mg-Y-Zn系合金作为基础，设计了Mg-3Y-2Zn合金，并选择与稀土Y性质较为接近的稀土Ho作为添加元素，研究了Ho对Mg-Y-Zn系合金组织与性能的影响。
　　本文中实验铸态合金采用真空感应熔炼获得，并通过均匀化处理、热轧工艺制备了轧态合金。实验首先对铸态Mg-xHo-3Y-2Zn(x=0，1.5，3，6)合金进行了研究，结果表明随着合金中加入Ho含量增多，铸态合金组织逐渐由枝晶转变为等轴晶。合金的相组成包括α-Mg基体相、X-Mg12Y(Ho)Zn相、少量的W-Mg3Y(Ho)2Zn3相与Mg24Y(Ho)5相。随着加入更多的Ho，合金中具有长周期堆垛结构(LPSO)的Mg12Y(Ho)Zn相含量逐渐增多，铸态下的Mg-3Y-2Zn和Mg-3Ho-3Y-2Zn合金中的LPSO相均为6H型。合金室温拉伸性能随Ho含量增加，强度有所提升，延伸率先增大后减小。Mg-3Ho-3Y-2Zn合金总体力学性能较好，抗拉强度、屈服强度分别为168.2MPa、90.4MPa，断裂延伸率为11.0％。高温拉伸中，Ho含量较高时，Mg-xHo-3Y-2Zn(x=3，6)具有与室温拉伸时相当的强度值，高温拉伸强度较好。铸态合金中，Mg-6Ho-3Y-2Zn的耐蚀性较好，而Mg-3Ho-3Y-2Zn的耐蚀性较差。
　　通过对轧制合金Mg-xHo-3Y-2Zn(x=0，1.5，3，6)的研究发现，轧态合金里的LPSO相结构类型发生了转变，其中Mg-3Ho-3Y-2Zn合金中同时具有18R型与14H型两类LPSO相。随着合金中加入Ho含量增多，Mg-xHo-3Y-2Zn室温拉伸强度有先增大后减小的趋势，延伸率逐渐下降，而高温拉伸强度逐渐增大，断裂延伸率却呈下降趋势。轧态合金中，Mg-6Ho-3Y-2Zn的耐蚀性较好，而Mg-3Ho-3Y-2Zn的耐蚀性较差。
　　为进一步了解Ho对于Mg-Y-Zn系合金组织、性能的影响，设计了Mg-1.5Ho-1.5Y-1Zn、Mg-6Y-2Zn两种合金，并将它们与具有良好性能的Mg-3Ho-3Y-2Zn合金进行了对比研究。结果表明，铸态Mg-1.5Ho-1.5Y-1Zn合金组织以枝晶为主，随着合金中稀土Ho、Y与Zn元素整体含量增加，使合金转变为等轴晶，也使Mg-3Ho-3Y-2Zn中LPSO含量增多。在铸态和轧态下Mg-3Ho-3Y-2Zn合金都拥有比Mg-1.5Ho-1.5Y-1Zn更好的室温、高温拉伸性能。而随着3wt.％的Y被Ho所替代，合金中的LPSO含量减少，铸态与轧态下的Mg-3Ho-3Y-2Zn合金也同样拥有比Mg-6Y-2Zn更好的室温、高温拉伸性能。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1镁合金的概述

1．1．1镁及镁合金的发展

1．1．2镁合金的分类

1．1．3镁合金塑性变形理论

1．1．4镁合金中的织构

1．2稀土镁合金的研究概述

1．2．1稀土镁合金的研究背景

1．2．2稀土在镁合金中的作用

1．2．3稀土镁合金的强化机制

1．2．4稀土镁合金的研究进展

1．3含LPSO相Mg-Y-Zn系合金的研究

1．3．1镁合金中LPSO相类型

1．3．2镁合金中LPSO相形成

1．3．3Mg-Y-Zn系合金的研究进展

1．4选题意义和主要研究内容

1．4．1论文选题意义

1．4．2论文主要研究内容

第2章合金制备及研究方法

2．1实验流程

2．2合金成分设计及成分测试

2．2．1实验原材料

2．2．2合金成分测试

2．3实验设备及合金的制备

2．3．1实验仪器设备

2．3．2实验合金的制备

2．4合金的组织观察和显微结构测试

2．4．1金相显微组织观察

2．4．2合金晶粒尺寸统计

2．4．3合金物相分析

2．4．4扫描电子显微镜(SEM)观察及能谱(EDS)分析

2．4．5透射电子显微镜(TEM)观察和分析

2．4．6合金的织构测试与分析

2．5合金的性能测试

2．5．1合金的力学性能测试

2．5．2合金的耐腐蚀性能测试

第3章铸造MgHoYZn合金显微组织和性能

3．1引言

3．2．1铸态合金的显微组织分析

3．2．2铸态合金物相分析

3．3铸态Mg-xHo-3Y-2Zn(x=0，1．5，3，6)合金的力学性能

3．3．1铸态合金的维氏硬度

3．3．2铸态合金的拉伸性能

3．4铸态Mg-xHo-3Y-2Zn(x=0，1．5，3，6)合金的耐腐蚀性能

3．5本章小结

第4章轧制MgHoYZn合金显微组织和性能

4．1引言

4．2．1 500℃轧制态合金的显微组织分析

4．2．2 500℃轧制态合金物相分析

4．3轧制态Mg-xHo-3Y-2zn(x=0，1．5，3，6)合金的力学性能

4．3．1 500℃轧制态合金的维氏硬度

4．3．2 500℃轧制态合金的拉伸性能

4．4 450℃轧制态Mg-xHo-3Y-2Zn(x=0，3，6)合金显微组织与力学性能分析

4．4．1合金在450℃轧制的显微组织

4．4．2合金在450℃轧制的物相分析

4．4．3合金在450℃轧制的力学性能分析

4．5轧制态Mg-xHo-3Y-2Zn(x=0，3，6)合金的织构演变分析

4．6轧制态Mg-xHo-3Y-2Zn(x=0，1．5，3，6)合金的耐腐蚀性能

4．7本章小结

第5章Ho对Mg-Y(Ho)-Zn合金组织、性能影响

5．1引言

5．2．1合金元素含量对Mg-Y(Ho)-Zn合金的显微组织

5．2．2合金元素含量对Mg-Y(Ho)-Zn合金的物相影响

5．2．3合金元素含量对Mg-Y(Ho)-Zn合金的力学性能

5．2．4合金元素含量对Mg-Y(Ho)-Zn合金的耐腐蚀性能

5．3 Ho置换Y对Mg-V(Ho)-Zn合金组织、性能的影响

5．3．2 Ho置换Y对Mg-Y(Ho)-Zn合金的物相影响

5．3．4 Ho置换Y对Mg-Y(Ho)-Zn合金的耐腐蚀性能影响

5．4本章小结

结论

论文创新点

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