准晶增强Mg-Zn-Y-Zr合金组织与力学性能的研究

Mg-Zn-Y-Zr合金论文 准晶论文
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镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料之一,被誉为21世纪最具潜力的绿色环保工程材料。其具有密度小、比强度和比刚度高、减震性好、机械加工性能优良等特点,在航空、航天、交通等领域的具有良好的应用前景。准晶是Shechtman等在1984年首先在快速凝固的Al-Mn合金里发现的一种新的物质,准晶是一种同时具有长程准周期平移性和非晶体学旋转对称性的固态有序相。准晶相本身的高硬度、高模量、高耐磨性以及与镁基体的良好的结合性,使其成为优良的镁合金强化相,可以显著改善镁合金的性能,有利于促进镁合金的应用,因而准晶增强镁合金成为一大研究热点。本研究使用常规铸造的方法,制备出了自生准晶增强的Mg-Zn-Y-Zr合金。使用多种检测手段,研究了冷却速度、合金成分以及热处理对准晶增强镁合金的组织与性能的影响,对准晶的凝固路径和形成机理以及准晶对合金的强化机理做了系统的研究。通过文献调研,本文将初始合金成分定为Mg-3.6Zn-0.8Y-0.6Zr(wt.%),通过使用三种不同的冷却方式,研究了不同冷却速度对合金组织和力学性能的影响,探索了冷却速度对准晶I-相形成的影响,对不同冷却速速下合金的凝固路径进行了分析。结果表明在合金成分一定的前提下,冷却速度对合金中的相组成有着决定性的影响,较快的冷却速度有利于合金中准晶相的形成;不同冷却速度下合金的组织、性能也存在着巨大的差别。通过合金成分设计,使用金属型铸造法制备出四组不同成分的Mg-Zn-Y-Zr合金,四组合金都由枝晶状的α-Mg以及枝晶间的I-相组成,且合金存在层片状的α-Mg/I-相的共晶组织,主要研究了合金成分对Mg-Zn-Y-Zr合金组织与性能的影响,总结了准晶相对合金组织与性能的影响规律;并对合金进行了热处理,研究了热处理对合金的影响。结合不同冷却工艺与合金成分对Mg-Zn-Y-Zr合金的影响,本文设计了并制备出了具有高性能的准晶增强Mg–5χ%Zn–χ%Y–0.6%Zr合金。该合金由α-Mg基体相和准晶I相两相组成,其中α-Mg由两种尺寸不同的α1-Mg和α2-Mg组成,准晶I-相以不连续的网状、条状或颗粒状均匀的分布在基体中。其中Mg-6.5%Zn-1.3%Y-0.6%Zr合金表现出最优异的力学性能,其铸态的抗拉强度和延伸率分别为225MPa和25.2%。
摘要第4-6页
abstract第6-7页
第一章 绪论第10-26页
    1.1 镁及镁合金第10-15页
        1.1.1 镁的基本性质第10-11页
        1.1.2 镁合金概述第11-15页
    1.2 准晶的研究概述第15-20页
        1.2.1 准晶的发现与分类第15-17页
        1.2.2 准晶的性能第17-18页
        1.2.3 准晶的应用第18-20页
    1.3 准晶增强镁合金第20-23页
    1.4 本文的选题背景、目的与意义第23-24页
    1.5 本文的主要研究内容第24-25页
    1.6 本章小结第25-26页
第二章 实验过程与研究方法第26-30页
    2.1 实验方案第26页
    2.2 实验材料与设备第26页
    2.3 实验过程第26-28页
        2.3.1 合金成分设计第26-27页
        2.3.2 合金的熔炼与成型第27-28页
    2.4 合金的组织观察与性能分析第28-29页
        2.4.1 金相显微组织观察第28页
        2.4.2 X射线衍射分析第28页
        2.4.3 扫描电子显微镜分析第28页
        2.4.4 透射电子显微镜分析第28-29页
        2.4.5 硬度测试第29页
        2.4.6 拉伸性能分析第29页
    2.5 本章小结第29-30页
第三章 冷却速度对铸态合金组织性能的影响第30-40页
    3.1 引言第30-31页
    3.2 不同冷却速度下Mg-3.2Zn-0.8Y-0.6Zr(wt.%)合金的微观组织分析第31-35页
        3.2.1 不同冷速合金铸态组织的金相分析第31-32页
        3.2.2 不同冷速合金铸态组织的相组成分析第32-33页
        3.2.3 不同冷速合金铸态组织的扫描电镜与能谱分析第33-35页
    3.3 不同冷却速度下Mg-3.2Zn-0.8Y-0.6Zr(wt.%)合金的性能分析第35-37页
    3.4 不同冷速下合金凝固过程分析第37-39页
    3.5 本章小结第39-40页
第四章 合金成分对Mg-Zn-Y-Zr合金组织性能的影响第40-53页
    4.1 引言第40-41页
    4.2 合金成分对铸态合金显微组织的影响第41-46页
    4.3 合金成分对铸态合金性能的影响第46-48页
    4.4 热处理对合金组织性能的影响第48-51页
    4.5 本章小结第51-53页
第五章 一种高性能Mg-Zn-Y-Zr合金制备第53-65页
    5.1 引言第53-55页
    5.2 Mg–5χ%Zn–χ%Y–0.6%Zr合金铸态显微组织第55-60页
        5.2.1 铸态Mg–5χ%Zn–χ%Y–0.6%Zr合金金相组织第55-56页
        5.2.2 铸态Mg–5χ%Zn–χ%Y–0.6%Zr合金扫描、透射电镜组织第56-60页
    5.3 铸态Mg–5χ%Zn–χ%Y–0.6%Zr合金的力学性能及其拉伸断口第60-61页
    5.4 新型冷却工艺对合金组织与性能的影响分析第61-64页
    5.5 本章小结第64-65页
第六章 结论第65-67页
参考文献第67-74页
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果第74-75页
致谢第75-76页
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