铸造Mg-3Nd-xGd-0.5Zn-0.5Zr合金微观组织及力学性能研究

作     者：肖治同 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于彦东

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：Mg-Nd-Gd-Zn-Zr 固溶处理 时效强化 脉冲电流 

摘      要：近年来,稀土合金化作为提高合金强度的重要途径之一,受到了学者们的广泛关注。目前,稀土合金化已成为镁合金重要的强化方法,经过多年的研究,铸态稀土镁合金还存在一些问题,其中大晶粒尺寸和不均匀的显微组织导致力学性能普遍达不到应用要求。因此,迫切需要开发一种不仅在成分设计上有突破,而且在成形工艺上有突破的镁合金材料。本文研究了一种轻、重稀土混合多元Mg-Nd-Gd-Zn-Zr稀土镁合金。通过调整Gd元素含量、固溶工艺和时效工艺参数,得到一组经合金化、固溶处理、时效强化后综合力学性能优异的合金。在此基础上,引入脉冲电流,通过调节脉冲电流密度,探索合金的组织演变和力学性能变化。通过金属型熔炼制备铸态Mg-3Nd-x Gd-0.5Zn-0.5Zr合金,调整Gd元素含量优化合金性能,借助于SEM、TEM、XRD等测试方法分析合金微观组织。分析表明,合金组织主要由等轴α-Mg晶粒和不连续条须状共晶相组成,同时证实了Gd的添加可以使组织细化,促使合金中的MgNd逐渐被Mg(Nd,Gd)取代,而Mg(Nd,Gd)能有效遏制晶粒长大,提高合金强度。通过对铸态合金进行热处理,探究热处理对合金微观组织及力学性能的影响。得到最佳热处理工艺为540℃固溶处理16h再在200℃时效处理24h。在此基础上对热处理态合金微观组织进行了分析,得到了固溶峰值时效处理后合金基体上析出了细小的MgNd相是合金性能提高的原因。在最佳热处理条件下,合金峰值硬度最高达88.64 HV,极限拉伸强度最高达284.6 MPa,屈服强度最高达184.7 MPa,而延伸率降低至3.7%。通过对最佳热处理工艺下的合金进行脉冲电流辅助拉伸试验,探究了脉冲电流作用下合金微观组织及力学性能的影响。分析表明,当脉冲电流密度为7.5 A/mm时合金微观组织最细密且均匀,此时合金延伸率增加至8.4%,同时证实了脉冲电流能够促进晶界位错的运动,增加合金延伸率的结论。