稀土La对AZ31变形镁合金组织及性能的影响

摘要

镁合金作为最轻的轻质金属结构材料，商业应用前景相当广阔，被誉为“21世纪绿色结构材料”。然而对于密排六方晶体结构的镁合金，由于其室温塑性差，成型困难和绝对强度低等问题，严重制约镁合金的发展。本文采用室温拉伸、维氏硬度及电化学腐蚀测试方法，金相(optical microstructure，OM)，X射线衍射(X-ray, XRD)、能谱扫描（energy spectrum analysis，EDS）、电子显微镜(SEM)等分析手段，研究了稀土La改性、冷轧工艺和再结晶退火工艺等因素对AZ31镁合金的微观组织结构、力学性能以及耐蚀性能的影响规律。取得的主要研究结论和成果如下
　　(1)设计了5组合金成分，La的加入量分别为0.2％、0.3％、0.4％、0.6％和0.9％。研究表明:添加微量La，能够细化AZ31铸态组织，获得具有细小等轴形貌的晶粒;同时细化了原始粗大的第二相Mg17Al12，产生热稳定性良好、细小针状的析出相Al11La3。当La的含量为0.6％时，合金铸态组织晶粒大小约为40μm，晶粒最细小，合金力学性能最优。另外，添加La能提高合金的抗腐蚀性能，当La含量为0.4％时合金耐腐蚀性能较优，此时时效态变形合金（总加工率约为75％）的静态腐蚀深度为10mm/a，且随着La的继续增加，抗腐蚀性能降低，当La含量为0.6％时，其静态腐蚀深度为17.9mm/a，仍优于商用AZ31镁合金（静态腐蚀深度约为60mm/a）。
　　(2)设计了3组冷轧工艺，变形量分别为10％、20％和30％，以探究冷轧工艺参数对AZ31-0.6La合金组织与性能的影响规律。研究表明:合金临界冷轧压下量为30％，超过30％，合金组织将会碎裂。当合金的冷轧量为10％时，冷轧过后合金内部产生了大量位错和孪晶，经过240℃×1h+200℃×24h热处理后，合金能获得较优的力学性能和抗腐蚀性能，其时效态（合金总加工率约为75％）抗拉强度与屈服强度、延伸率和静态腐蚀深度分别为:340MPa/240MPa、25％、1.02mm/a。
　　(3)通过设计再结晶退火工艺的温度（240℃、280℃和320℃）和时间(t=5、10…180min)，研究再结晶退火工艺对AZ31-0.6La合金经10％冷轧后的组织与性能的影响规律。研究表明:合金板材经240℃×2.5h退火处理后，发生完全再结晶，获得晶粒最细小且均匀的合金组织。
　　(4)结合显微硬度测试(AZ31-0.6La冷轧量5％、10％和15％，240℃、280℃和320℃，t=5、10…180min)和Arrhenius方程，确定了AZ31镁合金发生静态再结晶的激活能，建立了AZ31镁合金的静态再结晶动力学方程和晶粒尺寸模型。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 镁及镁合金概述

1．1．1 镁及镁合金的性能特点

1．1．2 AZ31镁合金的应用研究现状

1．2 镁合金的制备工艺

1．2．1 镁合金的熔炼技术

1．2．2 变形工艺

1．2．3 热处理工艺

1．3 镁合金的强化机制

1．3．1 合金化强化

1．3．2 热处理强化

1．3．3 加工硬化

1．3．4 细晶强化

1．4 本文的研究目的及主要研究内容

第二章 材料制备和试验方法

2．1 试验方案

2．2 试验材料与设备

2．2．1 试验材料

2．2．2 试验设备

2．3 试样制备

2．3．1 合金的熔炼

2．3．2 合金的均匀化处理

2．3．3 合金的成分测试

2．3．4 轧制工艺

2．3．5 再结晶退火工艺

2．3．6 时效处理工艺

2．4 合金组织结构观察与分析

2．4．3 扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)观察分析

2．4．4 X射线衍射分析(XRD)

2．5 合金性能测试

2．5．1 室温单向拉伸试验

2．5．2 显微硬度测试

2．5．3 盐水浸泡腐蚀试验

2．5．4 电化学测试腐蚀试验

第三章 稀土La对AZ31镁合金组织及性能的影响

3．1 稀土La对AZ31镁合金组织的影响

3．2 稀土La对AZ31变形镁合金力学性能的影响

3．3 稀土La对AZ31变形镁合金抗腐蚀性能的影响

3．4 本章小结

第四章 轧制和退火工艺对AZ31+0．6％La合金组织及性能的影响

4．1 冷轧总加工率对镁合金组织的影响

4．2 冷轧总加工率对镁合金力学性能的影响

4．3 冷轧总加工率对镁合金抗腐蚀性能的影响

4．4 退火工艺对镁合金显微组织的影响

4．5 退火工艺对镁合金力学性能的影响

4．6 退火工艺对镁合金抗腐蚀性能的影响

4．7 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况