镁-稀土-锌系压铸镁合金微观组织和性能研究

摘要

镁合金作为最轻的结构材料有其独特的优点，但也存在如化学性质活泼、变形加工能力差、耐蚀性差等一系列缺点，这使得镁合金的应用远不如铝合金那么广泛。我国的镁资源与稀土资源丰富，向镁合金中加入稀土元素在细化晶粒，净化熔体，提高其力学性能和耐腐蚀性能等方面具有特定作用，因此探究含稀土的镁合金具有明显的优势。本论文重点研究了压铸Mg-RE-Zn系合金的微观组织，尤其是金属间相的热稳定性以及合金的力学性能、抗腐蚀性能等，并分析了合金的强化机理。
　　采用高压压铸的方法制备了Mg-4La-2Pr-1Zn合金，研究了该合金的微观组织和拉伸性能，结果表明，压力铸造的Mg-4La-2Pr-1Zn合金流动性及充型能力良好，铸件没有明显缺陷，合金微观组织比较均匀。该合金表现为等轴晶组织，平均晶粒尺寸约为10μm，合金的强化相为分布在晶界处的Mg12La、Mg12Pr相，以及少量的(Mg,Zn)12(La,Pr)相。合金经过200℃400h热处理后，微观组织没有明显变化，但是第二相的含量略微减少；经过400℃400h热处理后，合金的微观组织发生明显变化，铸态下由第二相组成的围绕晶界的网状结构变成断续的块状，但是第二相的化学组成没有变化。采用Rietveld全谱拟合方法对合金各相进行定量分析，通过定量计算可知，镁基体和第二相的含量分别为93.5％和6.5%。拉伸测试结果表明，合金最大抗拉强度在室温下为215MPa，屈服强度为172MPa，延伸率为2.7%；在200℃条件下最大抗拉强度为143MPa，屈服强度为116MPa，延伸率为13.5%。
　　采用高压压铸的方法制备了Mg-4Er-2Y-1Zn合金，研究了该合金的微观组织和力学性能。该合金表现为等轴晶组织，该合金的强化相为Mg12(Er,Y)Zn相，该相为长周期堆垛有序结构相，简称LPSO相，同时合金中还存在着极少量的块状相，为Mg24RE5相。对合金进行热处理，经过200℃400h热处理后，合金的微观组织有所变化，晶界处长条状的第二相在持续的高温条件下逐渐变成了不连续的小块。400℃400h热处理后，合金的微观组织发生了明显的变化，晶界处长条状的第二相明显减少，转变成四方块状相， Mg24RE5相增多。对合金进行硬度测试，合金在200℃400h热处理过后显微硬度最高为65.9Hv0.01，400℃400h热处理后硬度下降为53.0Hv0.01；对合金进行高温拉伸测试，该合金最大抗拉强度在室温下为225MPa，屈服强度为156MPa，延伸率为5.9%；在200℃条件下最大抗拉强度为148MPa，屈服强度为126MPa，延伸率为16.1%。
　　研究了两种合金的腐蚀性能，采用SEM、EDS、XRD、EIS分析手段，分别研究合金的开路电位、极化曲线、交流阻抗，腐蚀速率、腐蚀形貌等。压铸Mg-4La-2Pr-1Zn合金的腐蚀速率最慢，压铸Mg-4Er-2Y-1Zn合金的腐蚀速率次之，AZ91D合金的腐蚀速率最快，所制备的两种合金的耐蚀性均高于AZ91D合金。

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第1章 绪论

1.1镁及镁合金的概述

1.2压铸镁合金

1.3选题依据

1.4选题意义和研究的主要内容

第2章 合金的制备和实验方法

2.2实验原材料

2.3合金的制备

2.4实验设备

2.5实验方法

2.6本章小结

第3章 压铸Mg-4La-2Pr-1Zn微观组织和力学性能研究

3.1引言

3.2压铸Mg-4La-2Pr-1Zn合金的显微组织

3.3压铸Mg-4La-2Pr-1Zn合金热稳定性的研究

3.4合金全谱拟合和Rietveld定量分析

3.5压铸Mg-4La-2Pr-1Zn合金力学性能分析

3.6本章小结

第4章 压铸Mg-4Er-2Y-1Zn微观组织和力学性能研究

4.1引言

4.2压铸Mg-4Er-2Y-1Zn显微组织

4.3压铸Mg-4Er-2Y-1Zn合金热稳定性的研究

4.4压铸Mg-4Er-2Y-1Zn合金力学性能分析

4.5本章小结

第5章 压铸镁合金腐蚀行为研究

5.1引言

5.2压铸合金的析氢失重

5.3压铸合金的开路电位

5.4合金的极化曲线分析

5.5交流阻抗

5.6合金腐蚀形貌分析

5.7本章小结

结论

参考文献

致谢