论文部分内容阅读
镁合金作为新一代的轻质工程结构材料在汽车摩托车、航空航天以及3C产品领域有着广阔的应用前景。但是目前已经开发的的镁合金在高温条件下的力学性能都不高还不能满足工业生产的需要。所以，开发新型的高性能的耐热镁合金就成为了研究学者广泛关注的课题。目前，在Mg-Zn-Ca系耐热镁基合金的开发和研究方面已经开展了一定量的的工作，但是在成功开发的Mg-Zn-Ca镁合金应用方面的报道还很少，特别是在Mg-Zn-Ca中添加Sr、Gd及Y后合金化还有微合金化对组织影响的研究较少；还有就是对Mg-Zn-Ca-xSrGdY镁合金热处理后（固溶时效处理）的合金的力学性能变化规律以及合金中相的形态、种类和分布的变化规律方面的研究还不够充分和完善。因此，通过深入研究合金化以及微合金化对Mg-3.8Zn-2.2Ca镁合金的组织及性能的影响，将为新型高性能的Mg-3.8Zn-2.2Ca镁合金的开发提供思路和依据，因此具有重要的理论研究价值和实际指导意义。本文使用的设备主要有：金相分析仪（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱（EDS）分析仪、X射线（XRD）衍射仪和差热分析设备（DSC），同时为了测试合金的室温和高温拉伸的力学性能还使用了抗拉和蠕变性能测试等手段，研究了微量的Sr、Gd和Y元素的添加对Mg-3.8Zn-2.2Ca镁合金显微组织及力学性能的影响，特别研究了Sr、Gd和Y含量的变化对Mg-3.8Zn-2.2Ca合金铸态组织及抗拉性能和蠕变性能的影响，主要的研究结果如下：1）在Mg-3.8Zn-2.2Ca三元镁合金中添加0.45-1.2wt.%Sr、0.5-3.0wt.%Gd或0.5-3.0wt.%Y后，Mg-3.8Zn-2.2Ca合金组织中合金相主要由α-Mg、连续和/或断续状分布的Ca2Mg6Zn3相和Mg2Ca相组成，其合金相的主要类型变化不大。在添加0.45-1.2wt.%Sr、0.5-3.0wt.%Gd或0.5-3.0wt.%Y后的Mg-3.8Zn-2.2Ca镁合金冷却凝固过程中，发生的主要相变过程为：L→α-Mg+Mg2Ca和L→α-Mg+Ca2Mg6Zn3共晶反应。2）添加0.45-1.2wt.%Sr对Mg-3.8Zn-2.2Ca三元镁合金的铸态组织和力学性能存在明显影响。在Mg-3.8Zn-2.2Ca合金中添加0.45-1.2wt.%Sr后，合金组织中的Ca2Mg6Zn3相的形态发生了一定的变化，其由粗大的连续和/或准连续块状变为相对细小的准连续和/或断续块状，还有合金的晶粒也得到细化,并且随着Sr含量从0.45wt.%增加到1.2wt.%，晶粒的细化效果逐渐增加；此外，添加0.45-1.2wt.%Sr还能有效改进Mg-3.8Zn-2.2Ca合金的抗拉性能（σb）和抗蠕变性能。在添加了0.45wt.%、0.75wt.%和1.20wt.%Sr的三种Mg-3.8Zn-2.2Ca-xSr合金中，以添加1.20wt.%Sr的合金具有相对较佳的力学性能。3）添加0.5-3.0wt.%Gd对Mg-3.8Zn-2.2Ca三元镁合金的铸态组织和力学性能存在明显影响。在Mg-3.8Zn-2.2Ca合金中添加0.5-3.0wt.%Gd后，合金的晶粒被细化,并且随着Gd含量0.5wt.%增加到3.0wt.%，晶粒细化效果逐渐增加，且复合添加2.0wt.%Gd+0.6wt.%Zr比单独添加2.0wt.%Gd的晶粒细化效果更好；此外，添加0.5-3.0wt.%Gd到Mg-3.8Zn-2.2Ca三元合金中还均形成了Mg5Gd新相，并且随着Gd含量0.5wt.%增加到3.0wt.%，Mg5Gd相的数量明显增加，同时合金中Ca2Mg6Zn3相也由粗大的连续和/或准连续块状逐渐变为相对细小的的准连续和/或断续块状；进一步，添加0.5-3.0wt.%Gd还能改善Mg-3.8Zn-2.2Ca合金的抗拉性能和抗蠕变性能，尤其添加2.0wt.%Gd、2.0wt.%Gd+0.6wt.%Zr和3.0wt.%Gd可使合金的抗蠕变性能明显增加。4）添加0.5-3.0wt.%Y对Mg-3.8Zn-2.2Ca三元镁合金的铸态组织和力学性能存在明显影响。添加0.5-3.0wt.%Y到Mg-3.8Zn-2.2Ca合金中均形成了Mg24Y5新相，且随着Y含量从0.5wt.%增加到3.0wt.%，Mg24Y5相数量明显增加，同时还使合金中的Ca2Mg6Zn3相由粗大的连续和/或准连续块状逐渐变为相对细小的的准连续和/或断续块状；此外，添加0.5-3.0wt.%Y还可细化Mg-3.8Zn-2.2Ca镁合金的晶粒,且随着Y含量从0.5wt.%增加到3.0wt.%，晶粒细化效果逐渐增加，且复合添加2.0wt.%Y+0.6wt.%Zr比单独添加2.0wt.%Y的晶粒细化效果更好；进一步，添加0.5-3.0wt.%Y也可以改进Mg-3.8Zn-2.2Ca合金的抗拉性能以及抗蠕变性能。在添加了0.5wt.%Y、1.0wt.%Y、2.0wt.%Y、2.0wt.%Y+0.6wt.%Zr和3.0wt.%Y的五种Mg-3.8Zn-2.2Ca-xY镁合金中，以复合添加2.0wt.%Y+0.6wt.%Zr合金的抗拉性能和抗蠕变性能相对较优。