mg-sm-gd-zn-zr系镁合金的组织与性能研究

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1、万方数据中图分类号UDC博士学位论文学校代码lQ533Mg—Sm-Gd．Zn．Zr系镁合金的组织与性能研究StudyonthemicrostructureandmechanicalpropertiesofMg-·Sm--Gd--Zn·-Zralloy作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：袁明材料学耐热镁合金材料科学与工程学院郑子樵教授答辩委员会主席中南大学2014年5月万方数据原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南

2、大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：<乏驾厂—一日期：垃年上月卫日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。万方数据中南大学博士学位论文摘要镁合金中添加稀土元素是最有效的强化元素，开展Mg．RE合金的开发，

3、提高合金的室温和高温力学性能，有利于镁合金得到广泛的应用。WE系稀土耐热镁合金(Mg．Y埘d．Zr)由于其优良的室温高温力学性能、高温抗蠕变性能和耐腐蚀性能在航空航天和汽车工业上得到越来越广泛的应用。Sm和Gd在镁中的最大固溶度和析出强化效果分别比同组的Nd和Y大，用Sm和Gd分别替换WE系镁合金中的Nd和Y元素可能有更优良的综合力学性能。本文研究同时添加元素Sm、Gd和Zn到镁基体中，开发出一种新型耐热镁合金，研究了热处理工艺对新开发设计的Mg．Sm系耐热镁合金组织和性能的影响。采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和电子背散射衍射等分析手段，以及硬度测试和拉伸试验

4、，研究了不同Zn和Gd含量对铸造Mg-3Sm—xGd(x=0．5，1．5)-yZn(y=0，0．3，0．6)-0．5Zr合金组织与力学性能的影响，得到优化的合金化学成分：Mg．3Sm．1．5Gd．0．3Zn．0．5Zr合金。合金铸态组织由镁基体和晶界处共晶相(Mg，Zn)3(Sm，Gd)l组成，(Mg，Zn)KSm，Gd)l相为FCC结构，晶格参数为a=O．727nm。合金经T6处理后，屈服强度达到185MPa，抗拉强度为282MPa，延伸率为6．1％。合金表现出优异的力学性能是由于合金中的析出相产生的析出强化效应，合金时效后为在棱柱面析出了片状的强化相，相的长轴垂直于基面，能形成对位错基

5、面滑移的阻碍，依靠析出相与基体的共格强化和Orowan机制的联合作用使合金的强度提高。Mg．3Sm．1．5Gd．0．3Zn．0．5Zr合金在200℃的析出序列可描述为：Mgssss---+1]”(D019)--q3’(bet)---,13](fee)---,13(fcc)。p”相(D019超点阵六方结构)，晶格常数a=2aMg=Q．64nm，C=CMg=0．52nm，其惯习面为{1010)，与基体的取向关系：[2110¨∥[2110】旺，(0110)∥∥(0110)Ⅱ；13’相具有底心正交结构，晶格常数为a=0．64nm，b=2．2nm，c=0．52nm。D’相与基体的取向关系为：[001

6、]a,11[O001]。，(020)p,11(1010)。；p1相为面心立方结构，晶格常数为a=O．74rim，它与基体的取向关系为：(220)e。∥(0002)口，(111)e。∥(2110)口。平衡相D也是面心立方结构，只是晶格常数不同，a=2．23nm；在时效过程中有一种基面沉淀相析出，作者定义为丫相，通过晶体结构分析，7相为密排六方结构，晶格常数a=O．55nm，c=O．52rim，与基体的取向关系为(1100)，∥(1120)口，【o001]，／／[O001]。。在时效初期，p”相最先析出，随时效时间的延长，p”相减少，p’开始形核并II万方数据中南大学博士学位论文摘要长大引起合

7、金的硬度值增大并达到峰值。在过时效阶段，基体中析出平衡相D。Mg．3Sm．1．5Gd．0．3Zn．0．5Zr合金通过热模拟变形研究，合金在高温等温压缩过程的真应力．真应变曲线属于动态再结晶型，当变形温度一定时，随着应变速率的加快，合金的峰值流变应力和它对应的应变值均提高；当应变速率一定时，变形温度的升高能降低峰值流变应力。Mg．3Sm．1．50d．0．3Zn．0．5Zr合金的材料常数结果为：变形激活能Q=246。2987