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1、太原理工大学硕士研究生学位论文II太原理工大学硕士研究生学位论文Mg-8Sn基合金多元合金化及其强化机制研究摘要镁合金具有密度低，高比强度、高比刚度等一系列优点，因而被用于汽车、航空、电子、军事和民用及其他工业领域。但镁合金强度、高温蠕变等力学性能差仍是限制其应用的瓶颈。最近研发的Mg-Sn系合金具有微米增强高熔点（770℃）Mg2Sn相，从而使其热稳定性、力学性能高于传统的Mg-Al-Zn（AZ）和Mg-Zn-Zr（ZK）系列镁合金。当在Mg-Sn系合金中加入廉价的Zn、Al和Cu之后，不仅对调控合金的时效析出组织有较为显著的作用，通过调控Zn/Al质量百分比比，还会形
2、成一种纳米准晶相（Mg-Zn-Al，I-phase），对镁合金产生很好的强化效果。本文采用常规铸造方法制备出Mg-8Sn-1Zn-xAl（x=1,2,3wt.%）合金、Mg-8Sn-1Zn-1Al-xCu（x=0,1,1.5,2.0wt.%）合金和Mg-8Sn-xZn-2Al（x=4,5,6wt.%）合金，利用金相分析（OM）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能量色散谱仪（EDS）和投射电镜（TEM）对合金的显微组织和相组成进行了分析；利用硬度测试仪和电子材料试验机测试了合金的力学性能。研究结果表明：（1）Mg-8Sn-1Al-1Zn（TZA811）合金主要由α
3、-Mg和半连续网状的Mg2Sn相组成，凝固范围为92°C，二次枝晶间距为35.1μm。合金表现出明显的压痕尺寸效应（indentationsizeeffect，ISE）。当合金中的Al含量增加为2wt.%和3wt.%时，镁基体中形成了孤岛状新相Mgx(ZnAl)1-x相；再者，随着Al含量的增加，Mg2Sn相的形貌逐渐从半连续网状向弥散分布的颗粒状转变，合金的二次枝晶间距也先减少到24.5μm（TAZ821）后略又增加到29.4μm（TAZ831），合金的显微硬度也逐渐增大。（2）当在Mg-8Sn-1Zn-1Al-xCu（x=0,1,1.5，2.0wt.%）合金中添加Cu
4、I太原理工大学硕士研究生学位论文后，合金中形成了两种沿晶界分布的新相AlMgCu相和Cu3Sn相，随着Cu含量的增多，合金的二次枝晶间距逐渐由35.1μm减少到24.3μm。拉伸试验结果表明，Cu含量为1.0wt.%和1.5wt.%时，合金的屈服强度和韧性优于不含Cu的合金，含量为1.5wt.%的合金表现出最好的综合机械性能，这主要是由于合金中第二相和晶界强化的作用。而Mg-8Sn-1Zn-1Al-2Cu合金抗拉强度和伸长率的降低主要是因为连续的AlMgCu相的出现以及Mg2Sn相粗大化的结果。（3）TZA862合金中出现了Mg-Zn-Al准晶相，通过TEM和EDS测试结
5、果确定该准晶相为正二十面体的Mg42Zn45Al13准晶相，其形貌为微孔块状，并且与Mg2Sn相相邻，一起沿晶界分布。硬度和拉伸试验结果分析得出，合金的显微硬度、抗拉强度和伸长率均随着Zn含量的增加而增加，这主要是因为Zn含量的增加，合金晶粒细化和显微组织改善的效果。准晶增强TZA862合金在三种合金（TZA842、TZA852和TZA862）中表现出最佳的综合力学性能。关键词：Mg-Sn合金；显微组织；机械性能；准晶相；强化机制II太原理工大学硕士研究生学位论文MUTUAL-ALLOYINGANDSTRENGTHENINGMECHANISMSOFMG-8SNBASEDA
6、LLOYSABSTRACTMagnesiumalloyshavebeenusedinautomotive,aeronautic,electronic,militaryandcivilandotherindustriesowingtotheirlowdensity,excellentspecificstrengthandstiffness,etc.However,thepoorhgh-temperaturepropertiesandlowstrengthhaverestrictedthewideapplicationofmgalloys.Thethermalstabilit
7、y,andmechanicalpropertiesoftheMg-SnalloyrecentlydevelopedarebetterthanthoseofthetraditionalMg-Al-ZN(AZ)andMg-Zn-Zr(ZK)magnesiumalloys,whichresultsfromthepresenceofmicronreinforcedMg2Snphasewithhighmeltingpoint(770℃).TheadditionofelementZn,Al,CutoMg-Snalloyshasremark
