高性能镁稀土合金及其层状复合材料的组织、性能和高温变形研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘喜波 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-30 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 韩恩厚 |
| 关键词 | 镁稀土合金 变形加工 等通道角挤压(ECAE) 层状复合材料 组织 时效硬化 力学性能 高温变形 |
| 其他题名 | Investigation on the Microstructure, Mechanical Property and High Temperature Deformation of High-performance Mg-RE Alloys and Laminated Composites |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 镁和镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、电磁屏蔽和阻尼性好等优点，是最轻的金属结构工程材料之一，具有广阔的应用前景。变形镁合金相对于铸造镁合金具有更高的强度和塑性及更多样化的综合力学性能，在镁合金的应用中具有更大的优势。但目前变形镁合金品种少、加工成形困难、室温强度较低、高温性能差，限制了它们的广泛应用。 为了提高镁合金的强度、改善耐热性能，添加稀土元素发展新型镁稀土变形合金是镁合金领域的重要发展方向之一。本文系统研究了几种镁稀土合金及典型镁基层状复合材料的组织、性能及高温变形行为。研究了Mg-5%Y-4%Nd-0.5%Zr(wt.%，下同)（WE54）、Mg-10%Gd-3%Y-0.5%Zr（GW103）和Mg-10%Gd-3%Y-1%Zn-0.5%Zr（GWZ1031）镁稀土合金在不同加工状态下的时效强化和力学性能。结果表明这三种合金都具有明显的时效硬化特征，时效温度越低，合金强度越高，但伸长率也越低。200℃峰值时效后，挤压态WE54、GW103和GWZ1031合金的力学性能最高，其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为351MPa、247MPa、7%，397MPa、311MPa、5%和428MPa、339MPa、4%；进行二次时效处理后， GW103和GWZ1031合金的最大强度略有降低，而伸长率增加了约2%。高温性能研究表明，从室温到200℃， WE54、GW103和GWZ1031合金都显示了良好的耐热性；高于200℃，合金的力学性能明显降低，此时铸造时效态(T6)比挤压时效态(T5)试样有更好的耐热性。对比研究发现，GW103和GWZ1031合金的室温和高温力学性能都高于WE54合金，其原因在于前两种合金中含有更多的合金元素总量，并形成了更多的耐热析出相。 研究了WE54和GW103合金高温拉伸过程中的变形行为和组织演变规律及高温变形机理。力学性能测试结果表明挤压态WE54和GW103合金在高温都显示了高伸长率，其最大伸长率分别为290%和390%；两种合金也显示了较高的应变速率敏感指数（m），高温变形中发生了动态再结晶，晶粒得到细化。研究发现，挤压态的两种合金经进一步等通道角挤压（ECAE）后，合金的组织显著细化，晶粒尺寸细化到3μm以下，室温和高温伸长率都进一步提高。两种合金在高温下显示了高伸长率甚至超塑性，WE54合金的最大伸长率达到600%，GW103合金的最大伸长率为490%，应变速率敏感指数都接近0.5。组织演变表明合金在高温变形中发生了晶界滑移（GBS），随着温度的升高和/或应变速率的降低，拉伸后合金晶粒发生了粗化。在350—450℃的温度范围，激活能分析提出，挤压态WE54和GW103合金的变形主要由晶格扩散控制；两种合金经过ECAE加工后，高温超塑性变形转变为由晶界扩散和晶格扩散共同控制。 在现有爆炸复合、轧制复合等技术之外，提出利用ECAE过程中材料经受压应力和剪切应力的效应制备层状复合材料的概念，并成功制备了Mg-5Y-4Nd/Mg-6Zn-1Y（WE54/ZW61）和AZ31/纯Al等多种层状复合材料。研究了WE54/ZW61复合材料高温变形的组织性能演变和退火条件对AZ31/Al复合材料组织与性能的影响。WE54/ZW61复合材料在400℃显示了620%的最高超塑性伸长率，高温拉伸时组元材料中有GBS参与变形，变形后复合材料中形成了不同数量和形态的空洞；ZW61组元内的空洞数量更多、粗化和相互合并更严重，试样的缩颈或断裂也多是首先从ZW61组元中开始的。随着拉伸温度的升高，变形后两种组元材料的晶粒也发生了不同程度的粗化。比较研究了ECAE温度和退火温度对AZ31/Al复合材料组织和界面性能的影响。结果表明，随着ECAE温度的升高，结合界面附近形成了更厚的扩散层；ECAE温度和退火温度较高时形成了反应相，主要是Mg2Al3和Mg3Al2相，其数量随制备温度和退火温度的升高而增多。过多的界面金属间化合物恶化复合材料的力学性能。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 152 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17141]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘喜波. 高性能镁稀土合金及其层状复合材料的组织、性能和高温变形研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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