mg-sn系合金微观组织及力学性能的研究

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1、Mg-Sn系合金微观组织及力学性能的研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：金李指导教师：陈玉安教授专业：材料科学与工程学科门类：工学重庆大学材料科学与工程学院二O一五年五月ResearchoftheMicrostructureandMechanicalPropertiesofMg-SnbasedMagnesiumAlloysAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEng

2、ineeringByJinLiSupervisedbyProf.Chenyu-anSpecialty:MaterialsScienceandEngineeringCollegeofMaterialScienceandEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2015中文摘要摘要随着镁合金的应用不断增多，特别是交通业、航空航天、3C产品的需求，迫切需要开发出新型镁合金。Mg-Sn是典型的时效强化型合金，其存在偏析严重、Mg2Sn易粗化以及时效硬化需时较长等问题，所以关

3、于Mg-Sn体系合金的研究有待进一步深入。本文拟以Mg-Sn合金为基础，采用电磁感应熔炼炉在氩气保护下制备出了Mg-3Sn-xZn-1Al(x=0.5~2.0wt.%)、Mg-xSn-2Zn-1Al(x=3.0~10.0wt.%)和Mg-5Sn-2Zn-1Al-0.1Ba合金，通过X射线荧光光谱仪（XRF）、金相显微镜(OM)、X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜(TEM)、维氏显微硬度计及力学性能测试仪器等手段方法研究了合金的显微组织和力学性能，研究合金中析出相的成分、结构及组织演变规律，扩大镁合金的应用范

4、围，对建立一种新型高强高韧的Mg-Sn系合金具有重要的意义。研究了Mg-3Sn-xZn-1Al合金的显微组织与力学性能，发现0.5-2.0wt.%Zn的添加可以逐渐细化Mg-3Sn-1Al合金的晶粒，使Mg2Sn相增多，但会使Mg2Sn相粗化。在凝固过程中，固相中高浓度的Sn元素能够阻止Mg原子的扩散，进而阻碍晶粒的长大。随Zn含量的增加，挤压态合金晶粒显著地细化，力学性能有了显著的提高，且塑性都出现了一定程度的增加。特别是合金的加工硬化能力(1/YR)也随Zn含量的增加而略有提高，这意味着Zn元素能改善合金的强度和塑性变形

5、能力，其主要原因是晶粒细化效应和第二相的弥散均匀分布。在对合金进行时效处理后，Zn的存在可以缩短合金到达时效峰值时间，提高峰值硬度。Zn的添加会增加Mg2Sn相的数量，其阻碍晶界滑移和位错的运动，有利于提高合金的强度，但却降低了塑性。研究了Mg-xSn-2Zn-1Al合金的显微组织与力学性能。随着Sn量的增加，合金枝晶逐渐细化，并且树枝晶形态更加明显，即Sn元素发生了明显的偏析，且Mg2Sn相逐渐增加，呈断续网状分布于晶界处，但Sn含量增加至7%后，Mg2Sn的数量和尺寸都大幅度增加，在晶界上呈半网络状分布。经热挤压后，合金

6、发生动态再结晶，再结晶晶粒尺寸较为均匀，挤压过程中析出的Mg2Sn相也逐渐增多。合金在经过180℃×60h时效后，合金达到峰值硬度，随Sn含量的增加，其到达峰值的时间未发生明显的变化，但是硬度峰值从74.5增至78.9。经T5时效处理，合金具有较高的强度和延伸率，其强化效果主要源于Mg2Sn相的增多。挤压态Mg-5Sn-2Zn-1Al和Mg-10Sn-2Zn-1Al合金经过轧制后，合金具有细小的晶粒，低的织构和部分孪晶，尽管合金塑性有所下降，但合金仍然显示较高的强度，其中，Mg-10Sn-2Zn-1Al合金的抗拉强度、屈服强

7、度和延伸率分别达到369Mpa，263MpaI重庆大学硕士学位论文和8.4%。经过300℃下退火1h后，合金发生完全再结晶，孪晶消失，晶粒大小均匀，强度，特别是屈服强度急剧下降，但塑性有很大的提高。研究了Mg-5Sn-2Zn-1Al-0.1Ba合金的显微组织与力学性能，结果表明：微量Ba的添加显著地细化了合金的枝晶，并且形成了Sn3Ba5和SnBa2相。经过挤压变形后，合金发生了晶粒的再结晶，晶粒转变为均匀的等轴晶，尺寸较小，合金组织较为均匀，合金的力学性能得到进一步改善。合金在经过180℃时效后，微量的Ba使Mg-5Sn-

8、2Zn-1Al的峰值时效硬化时间从60h缩短到20h，促进了Mg2Sn相的析出，合金的力学性能有所提高，特别是屈服强度提升较为明显。关键词：Mg-Sn-Zn-Al，变形，时效，微合金化，显微组织，力学性能II英文摘要ABSTRACTWiththeincreaseoftheapplicati