Y对铸态AZ31镁合金微观组织及力学性能的影响

摘要

镁合金具有低密度、高比强度、高比刚度、减震性、尺寸稳定性、电磁屏蔽性良好、加工性能及铸造性能优异等特点，被人们誉为“21世纪的绿色工程材料”，在汽车工业、航空航天、医疗器械等许多领域都有着广泛的应用前景。AZ31镁合金是工业应用最为广泛的镁合金之一，但其综合力学性能还有待进一步提高。镁合金的微观组织与性能有着密切的关系，通过改变镁合金的微观组织可大大改善其性能，从而拓宽应用范围。
　　 本文采用金属型铸造法制备出AZ31-xY实验合金，利用光学显微镜(OM)、场发射扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、硬度测试及室温、高温拉伸实验等多种分析测试方法，系统地研究了稀土元素Y对铸态AZ31镁合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:
　　 1)稀土元素Y的添加能够显著细化铸态AZ31镁合金的显微组织，改变合金的组织形态和相组成。当Y含量为0.5％时，粗大的β-Mg17Al12相的枝晶尺寸和二次枝晶间距明显变小，并有部分β-Mg17Al12相呈短条状与颗粒状，组织中未发现含有Y的化合物。当Y含量进一步增多至1.0％时，合金组织中产生Al2Y相，呈块状和针状弥散分布于晶内和晶界，合金组织进一步细化，平均晶粒尺寸由未加Y时的208μm降至47μm，降低幅度约为77.4％。当Y含量为1.5％时，块状、针状的Al2Y相有增多、增大和聚集的趋势，合金组织粗化。
　　 2)不同含量Y的添加对实验合金硬度的影响主要体现在:实验合金的硬度是随着Y含量的增加而上升的。在Al2Y相成为合金中主要第二相时，硬度上升最明显，造成这一现象的主要原因是由于合金组织的细化和高硬度第二相的析出。
　　 3)Y能够提高铸态AZ31合金的室温拉伸性能。随着Y含量的增加，合金的强度和伸长率都呈先增加后降低趋势。含1.0％Y合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率值最高，分别为225 MPa、159MPa和8.2％，比不含Y时分别提高了30.8％、69.1％和70.8％。“细晶强化”是提高铸态AZ31-xY合金力学性能的主要强化机制。同时发现，当Y添加过量时，组织中的Al2Y相容易聚集成团，造成合金组织和成分不均匀，从而引起应力集中，导致合金力学性能下降。
　　 4)适量Y的加入可以提高合金的高温力学性能。AZ31-xY合金的抗拉强度和屈服强度随拉伸温度的升高而降低，伸长率则随拉伸温度的升高而升高。含1.0％Y合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率值最高，分别为128MPa、112MPa和11.3％，比不含Y时分别提高了30.6％、47.4％和85.2％。“第二相具有较高的热稳定性”是提高铸态AZ31-xY合金高温力学性能的主要强化机制。
　　 5)拉伸断口分析表明:随着Y含量的增加，试验合金的拉伸断裂方式由典型的解理断裂慢慢转变为准解理断裂;断口处形貌由大的解理面逐渐转变成韧窝和解理裂纹构成的准解理面。稀土元素Y的加入，有效改善了试验合金的拉伸断口形貌，且当Y含量为1.0％时作用效果最为明显。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 镁及镁合金概述

1．2．1 镁及镁合金的性质

1．2．2 镁合金的分类

1．3 镁合金的应用

1．3．1 镁合金在汽车工业领域中的应用

1．3．2 镁合金在航空航天领域中的应用

1．3．3 镁合金在医疗器械领域中的应用

1．3．4 镁合金在其他领域中的应用

1．4 稀土元素在镁合金中的作用

1．4．1 稀土元素分类

1．4．2 稀土在镁合金中的作用

1．5 镁合金的研究现状

1．5．1 不含稀土镁合金

1．5．2 稀土镁合金

1．6 本课题的研究背景、目的和意义

1．7 本课题的研究内容

第二章 实验材料及研究方法

2．1 技术路线

2．2 实验合金成分设计

2．3 实验合金的制备

2．3．1 原材料

2．3．2 熔炼设备

2．3．3 熔炼前准备工作

2．3．4 熔炼与浇注

2．4 合金材料分析方法

2．4．1 合金成分分析

2．4．2 金相组织分析

2．4．3 X射线衍射分析

2．4．4 扫描电镜及能谱分析

2．4．5 合金晶粒尺寸

2．5 性能测试

2．5．1 硬度

2．5．2 室温力学性能

2．5．3 拉伸断口形貌

2．5．4 高温力学性能

2．6 本章小结

第三章 Y对铸态AZ31镁合金微观组织的影响

3．1 引言

3．2 铸态合金微观组织分析

3．2．1 合金的金相显微组织

3．2．2 合金微观组织的SEM分析、EDS能谱分析

3．2．3 XRD物相

3．2．4 合金晶粒尺寸

3．3 合金组织细化机理

3．4 本章小结

第四章 Y对铸态AZ31镁合金力学性能的影响

4．1 引言

4．2 合金硬度

4．3 合金室温力学性能

4．3．1 室温拉伸

4．3．2 断口形貌分析

4．3．3 Y对合金室温力学性能影响分析

4．4 合金的高温力学性能

4．5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

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