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1、快速凝固 / 粉末冶金高强度镁合金的制备、组织与性能研究镁合金是目前工程应用中最轻的金属结构材料 , 具有密度低、比强度高、比刚度高和容易回收等优点 , 在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域具有广阔的应用前景。 但镁合金本身存在强度偏低和耐蚀性差的缺点 , 制约着其发展与应用。快速凝固 / 粉末冶金 (RS/PM)技术是一种高效且实用性强的制备高性能镁合金的工艺方法 , 该技术不仅可以实现晶粒的细化 , 还可获得新颖的组织和微观结构 , 具有重要的理论和实际意义。本文以 Mg-Zn-Y 和 Mg-Al-Zn 两种合金系为研究对象, 以开发和制备高强度 RS/PM镁合金及其复合材料为基本研究目的
2、 , 研究制备工艺、 合金成分等因素对 RS/PM镁合金组织、 结构与性能的影响 , 对合金的组织转变与强化机制进行深入探究。本论文的工作包括以下四个部分 :(1) 为了确定制备高强度 RS/PM镁合金的合适工艺参数 , 本论文首先研究了粉末粒度、 烧结和挤压工艺对 RS/PMMg-Zn-Y 合金组织性能的影响。通过计算 , 确定采用氩气雾化法制备镁合金的冷却速率为 104107 K/s 。相比传统铸态组织 ,RS 粉末组织非常细小。镁合金粉末冷压性能差 , 采用 300+ 600 MPa温压烧结工艺制备的圆坯致密度最高、力学性能最好。随着粉末粒度的减小 ,RS/PM镁合金的强度升高 , 但是
3、塑性会降低 ; 提高挤压温度 , 不同粉末粒径的 RS/PM 镁合金间的性能差距缩小 , 其中利用粒径小于 74m粉末制备的RS/PM镁合金综合力学性能最好。 (2) 根据 Mg-Zn-Y 三元相图 , 设计了六种 RS/PM Mg-Zn-Y合金 , 其 Y/Zn 原子比分别为 2、1.5 和 1。研究发现 ,RS/PM合金的相组成依赖于 Y/Zn 原子比 , 当 Y/Zn=2 和 1.5 时,合金主要由 -Mg和 X-Mg12ZnY相组成 ; 当 Y/Zn=1 时, 合金主要由-Mg、X-Mg12ZnY 相和 W-Mg3Zn3Y2颗粒组成。 RS/PMMg-Zn-Y 合金中Y/Zn 原子比的
4、不同导致合金中X 相化学成分的不同。 X 相的含量依赖于 Y/Zn 原子比 , 按照对形成 X 相的影响划分 , 具有如下顺序 :(Y/Zn =1.5)>(Y/Zn =2)>(Y/Zn = 1);当 Y/Zn=1.5时最有利于 X 相的生成。 X 相具有复杂的内部结构 , 是由 -Mg 片层、 14H、18R、24R长周期结构 (LPSO)以及层错构成的复杂相 , 这意味着 X-Mg12ZnY相并不具有唯一的化学成分。X相和 W相颗粒共存时具有复合强化的效果 ,X 相+W相颗粒的强化作用优于单一的 X 相。对于 Y含量相同的合金,Y/Zn 为 1.5 合金的力学性能最好。 (3)
5、将快速凝固 / 粉末冶金技术与纳米 SiC 颗粒 (SiCp) 增强镁基复合材料的理念相结合 , 制备了含LPSO相的纳米 SiCp 增强镁基复合材料。研究了纳米SiCp 含量对RS/PM Mg98Zn1.2Y0.8合金的显微组织和力学性能的影响, 探讨了纳米 SiCp 的强化机理。研究发现 , 当 SiCp 的含量为 1.2 vol.% 时, 所得复合材料的综合力学性能最好。 强化机制主要为热错配强化、 细晶强化和 Orowan 强化。 (4) 为了降低 RS/PM镁合金的成本 , 扩大其应用 ,将 RS/PM技术与低温挤压技术相结合 , 开发和制备了高强度 AZ80合金。通过将挤压温度从 340 降低为 170, 获得了平均粒径为 0.55 m的超细晶组织 , 该合金的屈服和抗拉强度分别为448 MPa和 480 MPa,其显微硬度可达137 HV。该合金的超高强度归结为细晶强化、高密度位错和亚晶强化、纳米-Mg17Al12 颗粒的弥散强化。