镁合金力学性能的研究

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1、Mg-Zn-RE-Zr合金的拉伸力学性能和微观结构的发展文章中将成分为Mg-5.3Zn-1.13Nd-0.51La-0.28Pr-0.79Zr的铸件进行热挤压，并且对挤压比和温度对显微组织和力学性能的影响进行了研究。结果表明当挤压比从0提高到9的时候铸态合金晶粒变粗大，共晶成分沿着挤出方向拉长。然而,进一步提高挤压比率对晶粒细化和改善合金的力学性能的影响不大。动态再结晶是热挤压过程中晶粒细化的主要机制，提高挤压温度导致出现等轴晶粒。与此同时,力学性能随挤压温度的升高而降低。目录第1章介绍3第2章试验方法4第3章实验结果53.1铸态合金显微组织53.2挤压合金的微观组织

2、演变93.2.1改变挤压比和温度对微观组织的影响93.2.2挤压比和挤压温度对力学性能的影响12第4章讨论17第5章.结论19第6章致谢20第1章介绍镁合金因其低密度、高特定的刚度和良好的阻尼能力在汽车和航空工业上吸引了人们的注意[1]。镁合金可以大致分为含铝合金和无铝合金[2]。广泛使用镁合金属于Mg-Al系列，比如AZ91和AM60，它们具有良好的铸造性能和较低的成本[3]。然而,因为他们的机械性能和热稳定性差，这些合金的应用受到了限制[4]。与Mg-Al系列相比,Mg-Zn系列的合金,比如ZK60系列合金，是具有很大发展潜力的低成本高强度镁合金[5]。在所有的镁

3、合金中，AZ60具有较好的机械性能，比如室温下或者高温下具有高强度[6]。然而,它的强度在室温或者高温时候还是低于铝合金。最近,据报道,添加稀土可以改善ZK60合金的力学性能[7]。周教授等人研究了稀土元素钕和钇对于ZK60合金的微观结构和力学性能的影响。钕和钇的结合在动态再结晶过程中对细化晶粒产生了很大的影响。此外,钕和钇的结合还提高了屈服强度和抗拉强度。何教授等人的确定了钆元素对ZK60合金显微组织和力学性能的影响。钆的增加大大减少了时效硬化效果和少量的降低了屈服强度和抗拉强度。然而,添加钆造成的晶粒细化补偿了部分屈服强度和抗拉强度的损失。张教授等人[9]指出ZK

4、60合金与铒结合之后改善变形性能,细化了晶粒和显微组织，具有良好的机械性能。在这项研究中,镁合金准备直接进行冷铸造。此外,挤压比和温度对合金影响也表现了体现出来。第2章试验方法表1各元素的百分含量试验中采用高纯度镁(99.95%)、锌(99.99%)和Mg-30Zr。稀土元素以中间合金形式在760℃下由六氟化硫和二氧化碳充当保护气被添加到金属混合物中[10]。熔化的合金首先被搅拌并且在730℃之下保温25分钟。然后将熔融合金液体倒入直径为90毫米和高度为400毫米的圆柱形铸锭内。该合金的化学组成是由电感耦合等离子体原子发射光谱仪来确定。合金的成分估计是Mg–5.3Zn

5、–1.1Nd–0.51La–0.2Pr–0.79Zr。在350℃时一些铸态坯料挤压成棒状，挤压比分别为9，16,25,100。其他一些铸坯件分别在在温度为250℃，300℃，350℃，400℃和450℃时挤压成为直径为12.5毫米的棒材。每一个挤压样品和模具被涂上一层二硫化钼润滑剂。所有挤压过程在80毫米每分钟的速度下进行。这对应于较高的挤出速度为高挤压比。根据美国材料与实验协会数据，使用显微硬度计配备有金刚石棱锥压头铸态和挤压合金的维氏显微硬度的测量结果[11]，每个硬度值是至少测量10次后的平局值。室温下采用标准的直径为6毫米高度为50毫米的样品在英斯特朗试验机上

6、进行铸造和挤压合金的机械性能的表征测试[12]。十字头的速度是2毫米/分钟。采用光学显微镜、电子显微镜和x射线衍射来研究微观组织。用于光学显微镜和扫描电子显微镜的样品采用碳化硅砂纸和氧化铝悬浮液抛光，接下来用体积分数为4％的硝酸酒精溶液进行腐蚀，用光学显微镜观察组织，同时用配有能谱仪的扫描电子显微镜进行检测，晶粒尺寸使用截距法进行标定。第3章实验结果3.1铸态合金显微组织XRD分析表明，铸态My-Zn-Nd-Pr-La-Zr合金主要是由α-My和My-Zn相构成，如图（1）。光学显微镜显示了My-Zn-Re-Zr合金铸态组织晶粒的平均尺寸约为92um，而且共晶成分在晶

7、界，如图（2）。这些成更明显的表现在了SEM图像上。在b图中，用箭头表示了晶粒的颗粒。表1是My-Zn-Nd-La-Zr合金的EDS分析数据，字母A到字母C指的是图（2）代表的地区，EDS分析表明镁锌比值为20.04/78.62的镁锌相是高于化学计量比（1/2）的。在光谱分析中过量的镁含量可以归因于过剩的α-My基体的贡献。在B区域，Zn原子融入α-My基的浓度约为3.49％，这部分是合金平均Zn含量的66％。在图（2-b）的EDS分析中表明Nd、La和Pr元素融入了α-My中。在图（2-b）中指定的化合物C，是由含量为12.98％Nd-6.82％L