非稀土高强镁合金的组织与性能研究

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1、分类号：TG146密级：UDC：620编号：201421803020河北工业大学硕士学位论文非稀土高强镁合金的组织与性能研究论文作者：孟帅举学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：材料加工工程指导教师：赵维民职称：教授余晖讲师资助基金项目：河北省自然科学基金项目优秀青年科学基金（No.E2016202130）；河北省研究生创新项目（No.220056）；河北省教育厅基金资助项目(No.QN2015035)；河北工业大学优秀青年科技创新基金资助项目(No.2015002)；河北工业大学引进人才项目（No.208002）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityo

2、fTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsProcessingEngineeringSTUDYONTHEMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFNON-REMAGNESIUMALLOYWITHHIGHSTRENGTHbyMengShuaijuSupervisor:Prof.ZhaoWeiminandLectureYuHuiMay2017ThisworksupportedbytheNaturalScienceFoundationofHebeiProvince(No.E2016202130),GraduateStudentInnovation

3、ProjectofHebeiProvince(No.220056),ResearchFoundationofHigherEducationSchoolScientificResearchProgramfromHebeiEducationDepartment(No.QN2015035),theOutstandingYouthScholarScienceandTechnologyInnovationProgramofHebeiUniversityofTechnology(No.2015002)andResearchFoundationofIntroductionTalent,HEBUT(No.20

4、8002).摘要镁合金具有密度低、阻尼减震能力强、电磁屏蔽性能好等诸多优点，在航空航天、交通运输以及消费电子等工业领域的应用日益广泛。基于开发低成本非稀土高强镁合金的目的，本研究选择Bi作为主要合金化元素，制备出Mg-xBi（x=2,4,6,8,10wt.%）二元合金，在此基础上，设计制备出新型Mg-8Bi-1Al-1Zn（wt.%,BAZ811）合金。利用电感耦合等离子发射光谱仪（ICP）、光学显微镜(OM)、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射（EBSD）、维氏显微硬度计和万能力学性能试验机等仪器对Mg-Bi二元合金和BAZ811合金进

5、行表征和测试。系统研究了Bi元素添加对纯Mg组织和性能的影响以及BAZ811合金的微观组织特征及其与力学性能之间的关系。此外，对BAZ811合金，采用Gleeble3500D热模拟实验机在变形温度523~673K、应变速率0.01~10s-1条件下，进行等温热压缩实验，研究其加工性能。结果表明，随着Bi元素含量的增加，铸态二元合金中的柱状晶逐渐减少，等轴树枝晶的比例逐渐增多，晶粒逐渐细化，但枝晶间Mg3Bi2相逐渐粗化。经固溶处理和挤压变形后，B6、B8和B10合金都获得了几乎完全再结晶的微观组织，随着Bi含量的升高，二元合金的强度逐渐提高，延伸率先增大后减小。Bi元素在镁中可以有效细化晶粒，

6、Mg3Bi2相发挥出微纳双尺度协同强化作用。BAZ811合金完全再结晶，具有较AZ31合金更加均匀细小的动态再结晶晶粒和更弱的基面纤维织构；微米级Mg3Bi2相被破碎后呈条状沿挤压方向断续分布，同时基体中弥散分布有大量尺寸为50-200nm的近球状或短杆状Mg3Bi2相。由于组织细化和微/纳双尺度第二相综合强化作用，挤压态BAZ811合金力学性能较商用AZ31合金有显著提高，其拉伸屈服强度，抗拉强度和延伸率分别达到291MPa，331MPa，14.6%，并且沿挤压方向其拉伸压缩各向异性不明显，表现出优异的综合力学性能。BAZ811合金在等温压缩变形过程中，其流变应力随变形温度的降低和应变速率的

7、升高而增加；该合金的平均热变形表观激活能为192.32kJ/mol；此外，建立了合金流变应力本构方程，并构建其加工图，结合微观组织分析，发现BAZ811合金在最佳变形工艺条件在573K-0.1s-1附近。本文研究结果表明，Mg-Bi基合金在开发新型高强韧变形合金方面极具前景。关键字：Mg-Bi挤压微观组织力学性能加工图IABSTRACTMagnesiumalloysarewidelyusedint