材料结构分析技术 郭皓

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1、二○一五年专业课论文材料结构分析技术名称：Mg-Ca-Zn-Fe-Ni合金力学及腐蚀行为研究学院：材料科学与工程学院专业：材料工程姓名：郭皓学号：2014231008专业课教师：孙增智Mg-Ca-Zn-Fe-Ni合金力学及腐蚀行为研究大纲一研究背景和意义当今社会，降低能源的消耗、提高能源的利用率、减少环境污染以及节约地球仅有的有限资源，是人类目前所面临的一个十分重要而紧迫的任务。镁及其合金作于继于钢铁和铝之后的第三大金属工程材料，是目前众多工业应用中存在的最轻的金属结构材料之一，被誉为21世纪绿色工程材料[70-72]。Mg-Ca-Zn-Fe-Ni合金具有较高的比强度和比刚度以及

2、良好的铸造、减震、切削加工和尺寸稳定性等性能，同时镁合金价格相对低廉，所以对Mg-Ca-Zn-Fe-Ni合金进行研究，具有重要的应用价值和现实意义。而目前对Mg-Ca-Zn-Fe-Ni合金的研究主要集中在合金元素的添加对Mg-Ca-Zn-Fe-Ni合金的力学性能和腐蚀性能的影响上，并且获得的合金的力学性能与腐蚀性能也很难满足实际要求。时效处理与热挤压处理在镁合金中具有显著的强化作用，可以很大程度的提高合金的力学性能，并在很好的改善合金的腐蚀性，而目前关于时效处理对热挤压态Mg-Ca-Zn-Fe-Ni合金力学性能和腐蚀性能的影响方面的研究还不够深入，其影响机理还尚不明确，时效处理工

3、艺还没有成形。本文研究了时效处理对热挤压态Mg-Ca-Zn-Fe-Ni合金力学性能和腐蚀性能的影响程度和机理，对开发高性能镁合金具有重大意义。二研究内容和技术路线1研究内容在前人研究的基础之上，通过在气体保护的低碳钢坩埚炉中熔炼出所需的Mg-Ca-Zn-Fe-Ni合金，并对熔炼出的合金进行的热挤压，对热挤压态的Mg-Ca-Zn-Fe-Ni合金进行相同工艺的固溶处理与不同工艺的时效处理，研究时效处理对热挤压态Mg-Ca-Zn-Fe-Ni合金力学及腐蚀行为的影响。具体研究内容如下：1）设计并制备热挤压态Mg-Ca-Zn-Fe-Ni合金，进行相同的固溶处理并分别进行不同工艺的时效处理后

4、进行微观组织分析、力学性能测试和耐腐蚀性测试。2）分析时效对热挤压态Mg-Ca-Zn-Fe-Ni合金的显微组织、力学性能和耐腐蚀性的影响程度和机理。3）分析时效对球状Mg-Ca-Zn-Fe-Ni合金的微观组织、力学性能和腐蚀性的影响程度和机理。2技术路线本研究采用的技术路线如图所示。镁合金成分设计合金熔炼与浇注试样制备热挤压固溶+时效处理腐蚀行为分析力学性能测试微观结构分析金相显微分析扫描电镜分析合金硬度测试拉伸性能测试静态失重腐蚀腐蚀形貌分析结论分析讨论三实验仪器1材料观察分析设备如下表设备用途设备名称规格型号材料制备气氛保护炉四柱三梁液压机箱式炉MF-1400C-III组织分

5、析光学显微镜GX71扫描电子显微镜JSM-6700FX射线衍射仪XRD-7000能谱仪EDSX力学性能测试维氏硬度计HXD-1000TMC2实验试剂的测量，和浸泡实验的仪器设备。仪器名称型号参数生产厂家电子天平TD4001B上海良平仪器有限公司恒温水浴锅HH-1北京可谓永兴仪器有限公司超声波清洗仪KQ-50E上海辰华仪器有限公司四实验测定方法1合金的熔炼由于镁的化学性质活泼，镁及镁合金在熔炼过程中非常容易被氧化，并且烧损严重，因此采用气体保护法进行熔炼。实验所用的熔炼设备为实验室自行设计研发的气氛保护炉，可一次熔炼2kg原料，满足了实验的要求。工艺参考Mg-Ca合金铸造工艺，具体

6、如下：Ca在660℃时加入到熔化的镁液中；镁液在780℃保温30分钟，之后再搅拌2分钟，调温至浇注温度(720℃)进行浇注，试样模具的预热温度为200℃。注意：熔炼过程中采用溶剂保护，且搅拌。2合金的热挤压将铸态镁合金加工成为Φ50mm×100mm的压坯，正挤压试验是在四柱三梁液压机上进行的。当温度加热到340℃时，保温10min，便可以开始挤压，挤压压力为14MPa，挤压速度为1mm/s，挤压温度为336℃，原始配料尺寸为Φ50mm，挤出料尺寸为Φ16mm，挤压比9.18。3合金的热处理由于铸态镁合金基体中存在成分偏析和晶界处存在伪共晶组织等缺陷，这些缺陷严重影响合金性能的进一

7、步提高。热处理能够很好的改善和提高镁合金的力学性能以及加工性能，所以为了进一步提高合金性能，发挥合金元素的作用，对镁合金进行相应的热处理消除这些缺陷非常主要。本实验采用的热处理方式为固溶处理+时效处理。4显微组织观测4.1金相观测本实验采用P-2型金相试样抛光机，抛光剂选用0.5um金刚石。在抛光时，为了防止镁合金试样氧化，应不断向抛光布上洒水，同时也不宜用力过大以防止表面发热变灰暗，每隔10~20s要观察试样表面，直到试样抛磨表面如镜面无划痕为止，最后进行腐蚀并观察其显微组织。