稀土Y对ZK31镁合金铸态和均匀化组织与性能的影响

摘要

稀土元素在镁合金中具有一些独特的作用,利用稀土来改性变形镁合金正在成为镁合金研究的热点之一。然而,稀土的加入将会引起变形镁合金凝固组织的变化,势必对镁合金的热变形加工过程产生重要影响。本课题在ZK31镁合金中加入不同量的稀土元素Y,研究了稀土Y对合金凝固组织和性能的影响规律和影响机理,研究了稀土Y对均匀化组织和性能影响趋势及其原因,旨在为变形稀土镁合金的热变形加工工艺的确定提供参考,为变形镁合金的稀土合金化的基础研究和应用提供依据。
　　本课题使用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射、透射电子显微镜、能谱仪等分析手段对合金的相组成及微观组织结构进行了研究。结果表明,稀土元素Y的加入能够有效地细化铸态晶粒,当Y的加入量为0.5％时,细化晶粒的效果最明显。ZK31镁合金的基本组织为α-Mg相,有少量的MgZn2相,晶界不明显;加入Y后,晶界处出现鱼骨状的化合物与α-Mg的共晶体,化合物相大部分为Mg3Y2Zn3,且随着稀土加入量的增加,共晶体的数量增加。当Y的加入量为0.5%时,合金中发现了准晶相(Mg3YZn6)。铸态合金经均匀化处理后,晶粒的尺寸都有所增大,不加Y的合金,晶界处的共晶体分解,晶界变得更加不明显;加Y的合金,共晶体的数量虽然有所减少,但在晶界处仍然大量残留。另外,加Y的合金均匀化处理后,晶粒内部都会出现弥散分布的第二相。
　　利用维氏硬度计、万能试验机对合金的力学性能进行了测试。结果表明,均匀化处理后,硬度值会下降,但含Y的合金,其硬度要明显高于不含Y的合金。且成分相同的合金,保温温度越高,保温时间越长,硬度值越低。镁合金加入Y后,铸态合金的机械性能会变差,在实验的Y加入量范围内,合金的抗拉强度和断裂伸长率分别从不加Y的238.1Mpa和12.2%,下降到Y加入量为2.0%时的183.7MPa和3.6%。同样,均匀化处理后的室温拉伸结果也显示,合金的抗拉强度和断裂伸长率分别为209.1MPa和11.1%,下降到160.0MPa和8.0%。合金加入Y后在铸态组织中形成的共晶体和均匀化处理后未分解的共晶化合物,在拉伸的过程中会作为裂纹源,使合金的断裂方式由穿晶断裂向沿晶断裂转变。合金均匀化处理后的高温拉伸结果表明,随着稀土Y加入量的增加,抗拉强度升高,断裂伸长率总体上也提高。未加入Y的合金,其高温抗拉强度和断裂伸长率分别为44.4MPa和36.1%,稀土的加入量为2.0%时,其强度最高,为68.5MPa;Y的加入量为1.5%时,韧性最好,断裂伸长率为139.6%。合金中尚未在均匀化过程中分解的金属化合物相,以及晶粒内部析出的第二相对合金起到了强化作用。

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第一章 绪论

1.1 镁及镁合金概述

1.2 Mg-Zn-Zr系镁合金的特性

1.3 镁合金的强化方法

1.4 镁合金的应用

1.5 镁合金的现状和前景

1.6 稀土及稀土在镁合金中的应用

1.7 稀土镁合金的发展前景

1.8 课题主要研究内容

第二章 试验研究方法

2.1 试验流程

2.2 试验材料及成分

2.3 试验材料制备

2.4 材料分析方法

第三章 ZK31-Y镁合金铸态组织及力学性能

3.1 Y对ZK31镁合金铸态组织的影响

3.2 合金的化合物相的结构分析

3.3 Y对铸态ZK31镁合金机械性能的影响与分析

第四章 ZK31-Y镁合金均匀化组织及力学性能

4.1 Y对ZK31镁合金均匀化过程的影响

4.2 Y对ZK31镁合金均匀化组织的影响

4.3 Y对ZK31镁合金均匀化后机械性能的影响

第五章 结论

参 考 文 献

致谢

作 者 简 介