高强度低成本Mg-Zn-X系合金的设计与研究

摘要

在镁合金中添加稀土可以显著提高合金高温强度和改善铸造性能，但是昂贵的稀土元素加大了镁合金的成本。为了提高镁合金应用的广泛性，本文通过在Mg-Zn系合金中添加少量稀土或者不含稀土设计出较高强度的镁合金，最终达到在保证强度时可以降低成本的目的。 本文研究采用Mg-Zn体系，一部分实验加入Y、Zr元素，使其形成长周期堆垛有序（LPSO）相，添加微量Sn元素调控LPSO相；另一部分实验通过往Mg-Zn-Cu合金中添加Al和Sn，采用双级时效工艺，改善和促进Zn的时效效果。 Mg-4.6Y-2.5Zn-0.6Zr铸态合金的相种类为Mg基体相、Mg10YZn（18R-LPSO）相以及极少量的Mg3Y2Zn3（W）相，在热处理保温时间8h时力学性能最佳；对该合金添加少量的Sn后，铸态合金的第二相变得精细，二次枝晶臂间距（SDAS）降低；向合金中添加0.2wt％的Sn不会引入新的相，当Sn添加量高达0.5wt％时，Sn3Y5相可以在合金中被检测到；Sn添加可能会阻碍热处理期间合金中18R-LPSO向14H-LPSO的转化；Sn的添加对变形态合金的第二相具有精炼调控的作用。 Mg-8Zn-0.5Cu铸态合金中主要发现了α-Mg，MgZn2和MgZnCu相；随着Al的添加，铸态合金的二次枝晶臂间距（SDAS）先升高后降低，并出现了Mg32(Al，Zn)49相和MgAlCu相，铸态机械性能下降；Sn元素对Mg-Zn-Cu体系仅仅是一种机械添加，不会引发其他元素发生相变。 单级时效下Mg-8Zn-1Al-0.5Cu合金的时效析出相主要由长棒状相构成，并且块状相的数量很小，在双级时效下的析出相是短小的细杆和小块状相，且致密弥散分布；在双级时效后，抗拉强度最高的合金为Mg-8Zn-2Al-0.5Cu，屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为185MPa，330MPa和6.7％；综合性能最好的合金为Mg-8Zn-1Al-0.5Cu，屈服强度，极限拉伸强度和伸长率分别为191MPa，321MPa和8.8％；最后对其断口特征进行了分析，发现Mg-8Zn-1Al-0.5Cu合金的断口存在较多的穿晶断裂，且分布着精细的解理面，符合其表现出的优异力学性能。

目录

声明

1 绪论

1.1镁及镁合金

1.1.1纯镁

1.1.2镁合金的特点

1.1.3常用的镁合金

1.1.4 铸造镁合金和变形镁合金

1.2镁合金的强韧化

1.3 Mg-Zn系镁合金研究现状

1.3.1 Mg-RE-Zn系镁合金

1.3.2 Mg-Zn-Cu系镁合金

1.4研究背景及意义

1.5本文主要研究内容

2 实验过程和研究方法

2.1 实验材料及合金成分设计

2.1.1 低稀土合金成分设计

2.1.2 无稀土合金成分设计

2.2 合金制备工艺

2.2.1 熔炼设备及工艺

2.2.2 热处理设备及工艺

2.2.3 轧制设备及工艺

2.3 合金的制样及表征

2.3.1 试样的制备

2.3.2 试样的检测

3 LPSO相增强Mg-Y-Zn-Zr合金强韧化的探索

3.1 520℃热处理对低稀土Mg-Y-Zn-Zr合金显微组织和力学性能的影响

3.1.1 低稀土Mg-Y-Zn-Zr合金铸态组织及相组成研究

3.1.2 520℃热处理Mg-Y-Zn-Zr合金力学性能的分析

3.2 微量Sn对低稀土Mg-Y-Zn-Zr合金显微组织和力学性能的影响

3.2.1 Mg-Y-Zn-Zr-XSn合金铸态以及热处理态组织及相组成研究

3.2.2 Mg-Y-Zn-Zr-XSn合金铸态以及热处理态力学性能

3.2.3 轧制对Mg-Y-Zn-Zr-XSn合金显微组织和力学性能的影响

3.3 分析与讨论

3.3.1微量Sn对铸态合金组织的影响

3.3.2微量Sn对热处理过程中相转变的影响

3.3.3微量Sn对合金力学性能的影响

3.4小结

4 无稀土Mg-Zn-Cu合金强韧化的探索

4.1 Mg-Zn-XAl-Cu合金铸态和固溶态组织观察

4.2 Mg-8Zn-1Sn-0.5Cu合金铸态组织观察

4.3 不同时效工艺对Mg-8Zn-1Al-0.5Cu合金组织和力学性能的影响

4.4 Mg-8Zn-XAl(1Sn)-0.5Cu合金力学性能检测与分析

4.5 分析与讨论

4.5.1 Al的添加对铸态Mg-Zn-Cu组织的影响

4.5.2 Mg-Zn-Al-Cu合金时效过程

4.6 小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢