高能超声振动制备半固态稀土镁合金及成形技术研究

摘要

资源和环境的平衡对现代工业提出了更高要求。半固态成形技术是镁合金的新加工技术之一，它拥有许多不可比拟的优势，如近净成形、产品高质量和高性能以及节能能源等。镁合金具有广泛的使用前景，研究如何进一步提升稀土镁合金的强度具有非常重大意义。本文主要研究了Mg-6Zn-1.4Y-0.6Zr和Mg-6Zn-3RE-1.4Y-0.6Zr两种稀土镁合金的半固态浆料制备工艺、超声振动的制浆原理以及后续挤压成形性能，探究了压力的变化对稀土镁合金的组织和性能的影响规律。
　　研究了高能超声振动制备Mg-6Zn-1.4 Y-0.6Zr镁合金半固态浆料的工艺。主要研究了超声振动时间和功率对制浆效果以及合金相组成的规律。结果表明：在643℃起振时，振动时间在60s-90s时制浆效果比较好；振动时间设定90s时，超声振动功率在1200W取得综合最优值，相比于未施加超声处理，平均晶粒直径小了68.2％，平均形状系数增加了165.2%。在1200W时，合金的抗拉强度和伸长率取得最大值，比未经超声振动分别提升了26.2%和44.9%。Mg-6Zn-1.4Y-0.6Zr合金主要由α-Mg、α-Zr、沿着晶界分布的Mg3Y2Zn3(W相)以及Mg3YZn6(I相)四种相组成。超声振动功率的变化对析出相组成基本无影响，但是，超声的导入细化了基体合金晶粒，使得晶粒分布更加均匀，同时使得晶界处的化合物得到细化，分布更加均匀。
　　研究了高能超声振动制备 Mg-6Zn-3RE-1.4Y-0.6Zr稀土镁合金半固态合金液的工艺。结果表明：在640℃起振，合金在60s-90s制浆效果比较好。振动时间设定为60s时，合金在900 W取得综合最优值，相比于未施加超声处理，平均晶粒直径减小了83.1%，平均形状系数增加了252.4%。在900W时，合金的抗拉强度和伸长率取得最大值，比没有使用超声振动分别提升了33.0%和106.5%。Mg-6Zn-3RE-1.4Y-0.6Zr合金的组成相主要为α-Mg、α-Zr、沿着晶界分布的由Mg12Ce和Mg12La与Zn、Y组成的富稀土化合物以及Mg3Y2Zn3(W相)、Mg3Zn6Y(I相)。在超声振动作用下，晶粒的形态是由枝晶状向玫瑰状或者近球状转变，主要是由于超声振动产生空化效应促进非均质形核和抑制枝晶生长。
　　探究了Mg-6Zn-3RE-1.4Y镁合金流变挤压铸造中成形压力的变化对合金力学性能以及组织的影响。合金组织中存在两种晶粒尺寸相差较大的颗粒，将在制浆阶段先形成的晶粒命名为α1-Mg，将后续挤压过程中开始生长形成的颗粒命名为α2-Mg。随着挤压压力从0MPa向200MPa增加，α1-Mg晶粒逐渐变小，α2-Mg形状由树枝晶向玫瑰状晶粒和近球状晶粒转变。挤压压力200MPa时，合金的晶粒形状系数为0.611，平均晶粒直径为39μ m。合金的铸态抗拉强度和伸长率在挤压压力200MPa时最大，分别为181MPa和8.2%，分别比0MPa时增加了20.5%和86.4%。压力的改变不影响合金析出相的成分。挤压成形压力的提高对合金显微组织的影响规律主要为：提高合金实际熔点；提高模具与铸件之间的传热系数；提高原子激活能。压力对合金性能的影响机理主要为：细化晶粒；减少铸件缺陷；增加晶体位错。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1 .1 课题背景和意义

1 .2 国内外主要研究状况

1 .3 课题的研究内容、技术路线

2 材料制备及试验方法

2 .1材料制备

2 .2 试验设备

2 .3显微组织及金相分析

3.Mg-6Zn-1.4Y-0.6Zr镁合金的超声半固态工艺研究

3 .1 材料与试验

3 .2 超声振动时间对制浆效果的影响

3 .3 超声振动功率对制浆效果的影响

3 .4 相组织及其分布

3 .5 超声振动功率对合金力学性能的影响

3 .6 本章小结

4.Mg-6Zn-3RE-1.4Y-0.6Zr稀土镁合金的超声半固态工艺研究

4 .1 材料与试验

4 .2 超声振动时间对合金组织的影响

4 .3 超声振动功率对合金组织的影响

4 .4超声振动对半固态组织形态转变的作用机理

4 .5 相组织及其分布

4 .6超声振动功率对合金力学性能的影响

4 .7 本章小结

5.流变挤压铸造Mg-6Zn-3RE-1.4Y-0.6Zr镁合金的组织及性能

5 .1 试验方案

5 .2 流变挤压铸造对合金组织的影响

5 .3 流变挤压铸造对合金力学性能的影响

5 .4相组织及其分布

5 .5流变挤压铸造对合金断口形貌的影响的影响

5 .6压力对合金组织和性能影响规律探讨

5 .7 本章小结

6. 总结和展望

6 .1 总结

6 .2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间主要学术成果