几种元素对Mg-6Al合金铸态组织和焊丝组织及力学性能的影响

摘要

镁合金由于具有密度小,高的比强度和比刚度,高的震动阻尼性能、良好电磁屏蔽性及可回收再生等特点,在汽车、电子、通讯、民用等方面得到越来越广泛的应用.但改善其塑性变形能力仍然是一个非常关键的问题.实践证明,细小等轴的晶粒组织能改善其塑性变形能力,因此研究一种实用有效的技术及工艺来细化镁合金晶粒,提高其综合性能就显得非常重要.该文以Mg-6Al合金为基,添加Sb、Ca、Y、Nd合金元素,配制了不同成分的二十余种合金,应用了光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)、带能谱分析(EDAX)的扫描电子显微镜(SEM)等分析和测试手段.通过分析合金元素对Mg-6Al合金铸态显微组织的影响,并进一步研究了其对焊丝的显微组织及力学性能的影响,这一点在前人的研究中很少见,这也是该文的创新点所在.此外,通过大量的镁合金热挤压焊丝试验,确定了Mg-6Al基合金焊丝最佳热挤压的工艺参数.该试验研究结果表明,Sb、Ca、Y、Nd等元素的加入对Mg-6Al合金铸态和焊丝的显微组织均有细化作用,二者影响规律相同,且均优于AZ61合金.当0.5%Y和1.0%Nd复合添加时,细化效果更为显著,铸态合金的晶粒平均直径由Mg-6Al合金的102.04μm细化至57.47μm,而焊丝的晶粒平均直径细化到9.43μm,接近镁合金超塑性的晶粒尺寸.同时发现,Sb、Ca、Y、Nd元素加入Mg-6Al合金后,在组织中分别发现有Mg<,3>Sb<,2>、Al<,2>Ca、Al<,2>Y、Al<,2>Nd等相生成,这些相改变了合金的显微组织,从而影响到合金及合金焊丝的力学性能.此外该文对各合金元素添加后细化效果较好的合金、Mg-6Al合金及AZ61合金热挤压加工成焊丝,并对焊丝力学性能进行了比较分析,力学性能测试结果表明,除添加1.0%Ca的合金焊丝力学性能有所下降外,其它几种合金的力学性能均有所提高.其中Y和Nd复合添加时,合金焊丝的力学性能最好,其抗拉强度由Mg-6Al合金的333Mpa提高到381Mpa,提高了14.4%,延伸率由15.0%提高到18.0%,提高了20%,可见力学性能有较显著的改善,合金元素的作用明显.对1#(Mg-6Al)、11#(1.0%Ca)及21#(0.5%Y+1.0%Nd)三种合金焊丝的断口形貌进行了分析,发现21#合金焊丝的塑性最高,具有一定的韧性断裂特征,而1#、11#合金焊丝的塑性较差,断口形貌沿晶断裂特征比较明显.

目录

文摘

1绪论

1.1镁及镁合金概述

1.1.1镁的物理性质

1.1.2镁合金性能的基本特征

1.1.3镁合金的开发与应用

1.2国内发展镁合金的优势与前景

1.3论文的研究目的及研究内容

1.3.1论文的研究目的

1.3.2论文的研究内容

2.镁合金晶粒细化

2.1晶粒细化的一般原则

2.1.1增大冷却强度

2.1.2加强金属流动

2.1.3变质处理

2.2常用镁合金晶粒细化方法

2.2.1液态工艺

2.2.2半固态成形工艺

2.2.3铸锭变形工艺

2.2.4铸造粉末冶金成形工艺

2.3镁合金晶粒细化的意义

2.4镁合金晶粒细化剂的研究现状

2.4.1几种合金元素在镁中的作用

2.4.2几种合金元素对Mg-Al-Zn系合金的影响

3.试验研究方法

3.1工艺路线

3.1.1试验方案

3.1.2研究方法

3.2原材料的准备

3.3熔炼工艺

3.3.1试验装置的设计

3.3.2熔炼工作的准备

3.3.3熔炼工艺

3.4热处理工艺的确定

3.5镁合金焊丝的挤压工艺

3.6力学性能的测试

3.7微观分析

3.7.1金相显微分析

3.7.2合金晶粒尺寸的测量

3.7.3断口形貌及微区成分分析

3.7.4 X-射线衍射分析

4.Sb、Ca、Y、Nd对Mg-6Al合金显微组织的影响

4.1试验合金的成分设计

4.1.1试验用基础合金的选择

4.1.2试验用细化剂的选择

4.1.3成分设计

4.2 Sb元素对Mg-6Al合金显微组织的影响

4.2.1 Sb元素对合金铸态显微组织的影响

4.2.2 Sb元素对合金平均晶粒尺寸的影响

4.2.3 Sb元素对合金热处理组织的影响

4.3 Ca元素对Mg-6Al合金显微组织的影响

4.3.1 Ca元素对合金铸态显微组织的影响

4.3.2 Ca元素对合金平均晶粒尺寸的影响

4.3.3 Ca元素对合金热处理组织的影响

4.4 Y元素对Mg-6Al合金显微组织的影响

4.4.1 Y元素对合金铸态显微组织影响

4.4.2 Y元素对合金平均晶粒尺寸的影响

4.4.3 Y元素对合金热处理组织的影响

4.5 Nd元素对Mg-6Al合金显微组织的影响

4.5.1 Nd元素对合金铸态显微组织的影响

4.5.2Nd元素对合金平均晶粒尺寸的影响

4.5.3 Nd元素对合金热处理组织的影响

4.6合金元素复合添加对Mg-6Al合金显微组织的影响

4.6.1元素复合对合金铸态显微组织的影响

4.6.2元素复合对合金平均晶粒尺寸的影响

4.6.3元素复合对合金热处理显微组织的影响

4.7试验合金各元素的最佳添加量的确定

4.8影响镁合金晶粒大小的其它因素分析

4.9小结

5.Sb、Ca、Y、Nd对Mg-6Al合金焊丝显微组织及力学性能的影响

5.1镁合金焊丝的挤压工艺

5.1.1热挤压试验装置

5.1.2热挤压工艺参数的选择

5.2 Sb、Ca、Y、Nd对Mg-6Al合金焊丝显微组织的影响

5.3 Sb、Ca、Y、Nd对Mg-6Al合金焊丝力学性能的影响

5.4合金元素对合金焊丝断裂行为的影响

5.5小结

6结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

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