Mg-Gd-Zn快速凝固及烧结合金的组织和力学性能
发布时间：2021-12-31 09:20
镁合金具有高比强度、优良铸造性和优异加工性等优点,在航天、汽车等领域得到广泛应用。本文采用了一种新的制备流程:快速凝固喷带+放电等离子烧结工艺,制备出力学性能优异的镁合金块体,同时研究了工艺参数对镁合金组织和力学性能的影响规律。本文主要研究结果如下:（1）基于Mg-Gd-Zn系镁合金可形成具有显著强化作用的二次相的设想,确定了三种合金成分:Mg96.9Gd2.7Zn0.4、Mg61.6Gd4.4Zn34和 Mg97Gd1Zn2,他们将会分别析出LPSO相、准晶相和W相。研究结果显示:传统凝固（即铸态）的Mg96.9Gd2.7Zn0.4合金的组织呈枝晶结构,一次枝晶发达且呈细长棒状（长约100μm）,同时晶界上分布着呈网状的二次相Mg3（Gd,Zn）,而且基体上含约1.4at.%（即8.4wt.%）的Gd原子。传统凝固的Mg61.6Gd4.4Zn34合金组织粗大,以尺寸约为1OOμm×11μm的板条状相（τ相,Mg59Gd6Zn35）为主,同时还含有网状的（Mg,Gd）7Zn3相、附着在τ相之上的尺寸约为21μm的H1相（Mg26Gd14Zn60）以及的尺寸约3μμm的MgZn相。传统凝...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１镁合金的发展方向和需求Ｗ??－３－??
?北京科技大学博士学位论文???［２３，２４］，如图２－２所示。扭折带协助基体变形，并且在一定程度上阻碍了位错??的滑移，进而提高合金的强度。??ｍｍ??图２－２文献中报道的ＬＰＳＯ相形貌及变形扭折带，（ａ＞Ｍｇ－８．２Ｇｄ－３．８Ｙ－ｌＺｎ－０．４Ｚｒ（ｗｔ．％）??合金轧板固溶热处理微观组织｜２Ｓ｜；?（ｂ）ＬＰＳＯ相形成的扭折带（ＴＥＭ明场像??２．２．２非稀土镁合金??镁合金中添加的非稀土类合金元素有Ａｌ，?Ｚｎ，Ｚｒ，?Ｍｎ，?Ｃａ，Ｌｉ，?Ｓｒ，?Ｓｎ，?Ｓｂ??等。Ａｌ，?Ｚｎ，?Ｍｎ等对镁合金的强度及韧性有改善作用；Ｚｒ的加入量通常较少??（＜ｌｗｔ．?％），其能细化晶粒；少量的Ｃａ也能起到一定的细化晶粒作用；Ｌｉ是??为了镁合金更轻而加入的重要元素；Ｓｒ能细化晶粒，同时能改善组织的各向??异性并提高镁合金的抗蠕变性［２７］，但同时会损失合金一部分强度，例如??ＳａｄｅｇｈｉＡ．等人在ＡＺ３１合金基础上添加了?Ｓｒ，在具有均匀微观组织的同时，??该合金的抗拉强度却只有１２０ＭＰａ［Ｗ。??高性能非稀土镁合金的开发，目前主要集中在Ｍｇ－Ｓｎ和含有高Ｚｎ的??１＾７１１等合金１４，２９，３（）１。１＾－５１１合金成本低廉，而且具有较高的强度以及抗高??温蠕变性能，可在较宽的温度范围以及较高速率下进行挤压处理［２９ｌＰａｒｋ?Ｓ．?Ｈ．??等人研宄；发现，将一定量的Ｓｎ原子引入到Ｍｇ－Ａｌ－Ｚｎ合金，制备出??Ｍｇ－８Ｓｎ－ｌＡｌ－ｌＡｎ（ｗｔ．°／。，如无说明，下文中的类似表达都为质量百分比）镁合??金，其屈服强度为２４４ＭＰａ，抗拉强度高达３１２ＭＰａ，同时具有较好的塑性，??延伸率为１７．５％＾
博士学位论文???２．３快速凝固法制备镁合金??２．３．１快速凝固原理及工艺??实现快速凝固（指冷却速度大于ｌ〇６°Ｃ／ｓ）的工艺很多，大致可分为雾化快??速凝固、流铸快速凝固以及原处熔化快速凝固等三类［７３］。下面主要对三种快??速凝固方法进行简要介绍和说明。??（１）雾化法??雾化法是用高速的气体或液体（水）射流将金属熔液分散开，形成细至几??十微米的金属粉末，在这个过程中采用包括Ｎ２、Ａｒ或空气等气体（气流速度??为亚音速或超音速），以及水（高压、髙速；）等液体。如图２－３所示，为高压雾??化设备装置示意图。雾化过程一般包括射流距离、射流压力、喷嘴形状、气??体和金属的相对速度以及金属熔液的温度等参数；另一种雾化方式是采用特??殊形状的气流管（如哈曼管）以形成超音速气体，在这个过程中一方面产生高??速气体在冲击金属液滴，同时高频超声波也会对金属形成较大的冲击，形成??的粉末颗粒更细且组织均匀。??？??齡一?４??ＩＩ?＼??图２－３雾化制粉末装置示意图（１－熔化罐，２－溶体，３－喷气口，４－雾化粉末，５－真空室）??多种金属适用于气雾化工艺，该工艺制备的粉末的表面质量好，粒度分??布均匀，但是工艺参数不易控制，同时气雾化的成本相较于水雾化较高；高??压水雾化法相比于气体雾化更经济，而且生产规模灵活性更大，广泛用于生??产钛、低合金钢和不锈钢非球形粉末，但不适合生产对氧敏感的金属合金粉??末，例如镁粉，镁由于自身化学活性高，高温下易氧化并且燃烧，进而可能??引发爆炸，２０１８年１２月２６日北京交通大学发生实验室安全事故，导致３名??学生不幸发生意外，调查结果显示是存放在实验室的镁粉在接触明火时发
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纳米管增强镁基复合材料弹性模量的研究进展[J]. 袁秋红,曾效舒,刘勇,周国华,罗雷,吴俊斌. 中国有色金属学报. 2015(01)
[2]带厚对非晶纳米晶铁芯软磁性能的影响[J]. 时红昊,王立军,宋翀旸. 热加工工艺. 2014(22)
[3]气体分压定律在确定瓦斯压力中的应用[J]. 陈爱和,胡云强,刘军. 煤矿安全. 2014(03)
[4]TiN薄膜在纳米压痕和纳米划痕下的断裂行为[J]. 安涛,文懋,田宏伟,王丽丽,宋立军,郑伟涛. 物理学报. 2013(13)
[5]含W相Mg-Zn-Zr-Y合金组织和高温力学性能研究[J]. 罗素琴,潘复生,汤爱涛. 热加工工艺. 2012(10)
[6]往复挤压快速凝固ZK60合金的组织与力学性能[J]. 杨文朋,郭学锋. 金属热处理. 2011(07)
[7]21世纪的轻质结构材料——镁及镁合金发展[J]. 左铁镛. 新材料产业. 2007(12)
[8]Mg合金的最新发展及应用前景[J]. 曾荣昌,柯伟,徐永波,韩恩厚,朱自勇. 金属学报. 2001(07)
[9]理想气体状态方程综述[J]. 孙海祥. 冀东学刊. 1995(05)
[10]TEM STUDIES OF THE W PHASE AND ITS ORDERED W’PHASE IN RARE EARTH Mg ALLOYS[J]. Luo,Zhiping Zhang,Shaoqing Beijing Institute of Aeronautical Materials,Beijing 100095,ChinaTang,Yali Zhengzhou Institute of Technology,Zhengzhou 450002,China. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 1993(04)
博士论文
[1]快速凝固Mg-Zn系镁合金的组织与性能研究[D]. 周涛.湖南大学 2009
硕士论文
[1]快速凝固Mg-6wt％Zn-1wt％Y-0.6wt％Ce-0.6wt％Zr镁合金挤压棒材的力学性能研究[D]. 李克非.西安理工大学 2008
本文编号：3560006
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１镁合金的发展方向和需求Ｗ??－３－??
?北京科技大学博士学位论文???［２３，２４］，如图２－２所示。扭折带协助基体变形，并且在一定程度上阻碍了位错??的滑移，进而提高合金的强度。??ｍｍ??图２－２文献中报道的ＬＰＳＯ相形貌及变形扭折带，（ａ＞Ｍｇ－８．２Ｇｄ－３．８Ｙ－ｌＺｎ－０．４Ｚｒ（ｗｔ．％）??合金轧板固溶热处理微观组织｜２Ｓ｜；?（ｂ）ＬＰＳＯ相形成的扭折带（ＴＥＭ明场像??２．２．２非稀土镁合金??镁合金中添加的非稀土类合金元素有Ａｌ，?Ｚｎ，Ｚｒ，?Ｍｎ，?Ｃａ，Ｌｉ，?Ｓｒ，?Ｓｎ，?Ｓｂ??等。Ａｌ，?Ｚｎ，?Ｍｎ等对镁合金的强度及韧性有改善作用；Ｚｒ的加入量通常较少??（＜ｌｗｔ．?％），其能细化晶粒；少量的Ｃａ也能起到一定的细化晶粒作用；Ｌｉ是??为了镁合金更轻而加入的重要元素；Ｓｒ能细化晶粒，同时能改善组织的各向??异性并提高镁合金的抗蠕变性［２７］，但同时会损失合金一部分强度，例如??ＳａｄｅｇｈｉＡ．等人在ＡＺ３１合金基础上添加了?Ｓｒ，在具有均匀微观组织的同时，??该合金的抗拉强度却只有１２０ＭＰａ［Ｗ。??高性能非稀土镁合金的开发，目前主要集中在Ｍｇ－Ｓｎ和含有高Ｚｎ的??１＾７１１等合金１４，２９，３（）１。１＾－５１１合金成本低廉，而且具有较高的强度以及抗高??温蠕变性能，可在较宽的温度范围以及较高速率下进行挤压处理［２９ｌＰａｒｋ?Ｓ．?Ｈ．??等人研宄；发现，将一定量的Ｓｎ原子引入到Ｍｇ－Ａｌ－Ｚｎ合金，制备出??Ｍｇ－８Ｓｎ－ｌＡｌ－ｌＡｎ（ｗｔ．°／。，如无说明，下文中的类似表达都为质量百分比）镁合??金，其屈服强度为２４４ＭＰａ，抗拉强度高达３１２ＭＰａ，同时具有较好的塑性，??延伸率为１７．５％＾
博士学位论文???２．３快速凝固法制备镁合金??２．３．１快速凝固原理及工艺??实现快速凝固（指冷却速度大于ｌ〇６°Ｃ／ｓ）的工艺很多，大致可分为雾化快??速凝固、流铸快速凝固以及原处熔化快速凝固等三类［７３］。下面主要对三种快??速凝固方法进行简要介绍和说明。??（１）雾化法??雾化法是用高速的气体或液体（水）射流将金属熔液分散开，形成细至几??十微米的金属粉末，在这个过程中采用包括Ｎ２、Ａｒ或空气等气体（气流速度??为亚音速或超音速），以及水（高压、髙速；）等液体。如图２－３所示，为高压雾??化设备装置示意图。雾化过程一般包括射流距离、射流压力、喷嘴形状、气??体和金属的相对速度以及金属熔液的温度等参数；另一种雾化方式是采用特??殊形状的气流管（如哈曼管）以形成超音速气体，在这个过程中一方面产生高??速气体在冲击金属液滴，同时高频超声波也会对金属形成较大的冲击，形成??的粉末颗粒更细且组织均匀。??？??齡一?４??ＩＩ?＼??图２－３雾化制粉末装置示意图（１－熔化罐，２－溶体，３－喷气口，４－雾化粉末，５－真空室）??多种金属适用于气雾化工艺，该工艺制备的粉末的表面质量好，粒度分??布均匀，但是工艺参数不易控制，同时气雾化的成本相较于水雾化较高；高??压水雾化法相比于气体雾化更经济，而且生产规模灵活性更大，广泛用于生??产钛、低合金钢和不锈钢非球形粉末，但不适合生产对氧敏感的金属合金粉??末，例如镁粉，镁由于自身化学活性高，高温下易氧化并且燃烧，进而可能??引发爆炸，２０１８年１２月２６日北京交通大学发生实验室安全事故，导致３名??学生不幸发生意外，调查结果显示是存放在实验室的镁粉在接触明火时发
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纳米管增强镁基复合材料弹性模量的研究进展[J]. 袁秋红,曾效舒,刘勇,周国华,罗雷,吴俊斌. 中国有色金属学报. 2015(01)
[2]带厚对非晶纳米晶铁芯软磁性能的影响[J]. 时红昊,王立军,宋翀旸. 热加工工艺. 2014(22)
[3]气体分压定律在确定瓦斯压力中的应用[J]. 陈爱和,胡云强,刘军. 煤矿安全. 2014(03)
[4]TiN薄膜在纳米压痕和纳米划痕下的断裂行为[J]. 安涛,文懋,田宏伟,王丽丽,宋立军,郑伟涛. 物理学报. 2013(13)
[5]含W相Mg-Zn-Zr-Y合金组织和高温力学性能研究[J]. 罗素琴,潘复生,汤爱涛. 热加工工艺. 2012(10)
[6]往复挤压快速凝固ZK60合金的组织与力学性能[J]. 杨文朋,郭学锋. 金属热处理. 2011(07)
[7]21世纪的轻质结构材料——镁及镁合金发展[J]. 左铁镛. 新材料产业. 2007(12)
[8]Mg合金的最新发展及应用前景[J]. 曾荣昌,柯伟,徐永波,韩恩厚,朱自勇. 金属学报. 2001(07)
[9]理想气体状态方程综述[J]. 孙海祥. 冀东学刊. 1995(05)
[10]TEM STUDIES OF THE W PHASE AND ITS ORDERED W’PHASE IN RARE EARTH Mg ALLOYS[J]. Luo,Zhiping Zhang,Shaoqing Beijing Institute of Aeronautical Materials,Beijing 100095,ChinaTang,Yali Zhengzhou Institute of Technology,Zhengzhou 450002,China. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 1993(04)
博士论文
[1]快速凝固Mg-Zn系镁合金的组织与性能研究[D]. 周涛.湖南大学 2009
硕士论文
[1]快速凝固Mg-6wt％Zn-1wt％Y-0.6wt％Ce-0.6wt％Zr镁合金挤压棒材的力学性能研究[D]. 李克非.西安理工大学 2008
本文编号：3560006
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