铸挤一体化制备LPSO结构增强镁合金及其性能研究

作     者：李哲 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吕书林

授予年度：2020年

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

主      题：Mg-Zn-Y-Zr合金 铸挤一体化新工艺 挤压铸造 超声处理 显微组织 力学性能 

摘      要：镁合金被誉为“21世纪的绿色工程材料,镁合金具有较低的密度(密度仅为1.74g/cm),较高的比强度、比刚度,较好的减震性能与电磁屏蔽能力等优点,广泛应用于汽车工业、航空航天和电子产品等领域,但是镁合金绝对强度偏低,塑性加工困难等缺点导致目前镁合金在应用上仍然具有一定的局限性,在镁合金中生成长周期堆垛有序结构相(Long-period stacking ordered,LPSO)是很好的应对方法,但是常规重力铸造得到的铸件内部的LPSO相一般呈粗大网状分布于晶界处,这种形态结构大大限制了LPSO相对镁合金力学性能的强化作用。因此,采取有效的材料加工工艺细化LPSO结构,对于提高镁合金的性能至关重要。本文将超声和挤压铸造与热挤压结合,提出铸挤一体化新工艺,利用铸造过程中的超声和压力细化镁合金的凝固组织,然后再将合金进行热挤压成形,以进一步细化LPSO结构和基体组织,从而提高合金的力学性能。设计了一种铸挤一体化模具,以实现四种新型的铸挤一体化工艺,这四种工艺分别是重力铸造+热挤压工艺、超声处理重力铸造+热挤压工艺、挤压铸造+热挤压工艺、超声处理挤压铸造+热挤压工艺。首先研究了超声处理对铸挤一体化制备MgZnYZr合金微观组织及力学性能的影响。未经超声处理得到的MgZnYZr合金中存在大量的粗大块状LPSO相,LPSO相分布不均匀,经过超声处理后溶质原子均匀分布,LPSO相明显细化,并且超声增强了α-Mg晶粒的形核能力,细化了晶粒尺寸。经过超声处理之后,其室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为281.6MPa、212.3MPa、21.2%,均高于未超声处理的热挤压镁合金。然后研究了挤压铸造对铸挤一体化制备MgZnYZr合金微观组织及力学性能的影响。未经挤压铸造得到的MgZnYZr合金中晶粒尺寸相对粗大,经过挤压铸造之后合金内部存在两种尺寸相差较大的晶粒,两种晶粒的尺寸相对未进行挤压铸造得到的晶粒均明显变小。经过挤压铸造后,合金表现出优异的力学性能,其室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为325MPa、268.3MPa、22.4%。将超声处理、挤压铸造和热挤压结合,最后研究了挤压比对铸挤一体化新工艺制备MgZnYZr合金微观组织及力学性能的影响,经过热挤压处理的合金纵截面微观组织发生明显变化,α-Mg晶粒的形状变为长条状并沿挤压方向分布,相应的沿α-Mg晶粒边界分布的LPSO相分布也具有了方向性,沿着挤压方向呈条带状分布,并且经过挤压变形之后在合金内部出现了不同程度的动态再结晶现象。随着挤压比的增加合金力学性能出现先增加后减小的趋势,当挤压比为6:1的时候合金力学性能达到最大值。