Mg-Bi基合金组织及其塑性变形行为研究

作     者：吴佳航 

作者单位：西安工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：要玉宏;周中波

授予年度：2022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-Bi合金 合金化 热挤压 织构 力学性能 

摘      要：镁合金作为新兴绿色工程结构材料,由于其塑性差、强度低,极大地限制了镁合金的广泛应用。合金化和热加工是改善镁合金组织和力学性能的有效手段。本文采用金相显微镜(OM),X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射分析(EBSD)以及能谱仪(EDS)等表征技术和电子万能试验机探究了 Mg-xBi(x=1,2,6,9wt.%)合金热挤压态的微观组织和力学性能,随后以Mg-2Bi为基础,研究了微量合金元素Al、Mn和Ca对其热挤压态组织、力学性能和变形机制的影响规律,得出了如下主要结论:热挤压态Mg-xBi合金的组织和力学性能表明,随着Bi含量的增加,Mg-xBi合金热挤压态组织由最开始的完全动态再结晶组织转变为由再结晶晶粒和未再结晶晶粒组成的双峰组织,晶粒尺寸也由20.6μm减小至3.8μm,但挤压态Mg-2Bi组织不均匀性最差。挤压态Mg-1Bi和Mg-2Bi合金为[10(?)0]与[11(?)0]平行于挤压方向(ED)的纤维织构,Mg-6Bi和Mg-9Bi为[10(?)0]//ED的纤维织构,最大织构强度先增大后减小,于Mg-6Bi处最大(7.24MUD)。随着Bi元素含量的增加,合金的拉伸屈服强度逐渐升高,断后延伸率先降低后升高,于Mg-2Bi处最小(4.0%)。为改善Mg-2Bi合金组织和力学性能,在合金中添加了不同含量的Al元素,并研究了其对合金组织和性能的影响。结果表明,Mg-2Bi-xAl(x=0,0.5,1.0,2.0wt.%)合金热挤压后均为双峰组织,随着Al元素含量的增大,合金的晶粒尺寸由2.0μm下降至1.1μm,组织均匀性提高。热挤压态Mg-2Bi-xAl合金均表现出[10(?)0]//ED的纤维织构,合金的最大织构强度、屈服强度和抗拉强度逐渐升高,断后延伸率先升高后降低,于Mg-2Bi-1.0Al处最大(15.3%)。另外,合金的热挤压变形机制研究表明,Mg-2Bi-xAl(x=0,0.5,1.0,2.0wt.%)合金在热挤压过程中启动基面滑移和锥面滑移,此外,Mg-2Bi-2.0Al合金还启动柱面滑移。为进一步改善Mg-2Bi合金的塑性,在合金中添加了不同含量的Mn和Ca元素,并系统研究了 Mn和Ca元素含量对挤压态Mg-2Bi合金组织和力学性能的影响。结果表明,随着Mn元素含量的升高,热挤压态Mg-2Bi-xMn(x=0.1,0.4,1.0,1.3wt.%)合金中再结晶晶粒尺寸先升高后降低,于Mg-2Bi-1.0Mn处最小(0.95μm),而合金的屈服强度和抗拉强度逐渐升高,断后延伸率先降低后升高,于Mg-2Bi-1.0Mn处达到最大值,为26.49%;挤压态Mg-2Bi-1.0Mn合金呈现出[(?)2(?)1]//ED的类稀土织构,其他合金为[10(?)0]或[11(?)0]//ED的纤维织构。随着Ca元素含量的增加,挤压态Mg-2Bi-xCa(x=0.1,0.3,0.5,0.7wt.%)合金的晶粒尺寸由1.4μm增长至2.4μm,Mg-Bi-Ca合金的织构不断弱化;微量Ca的添加(0.1%)使得Mg-2Bi合金的强度和塑性得到提升(屈服强度为177MPa,断后延伸率为29.7%),而Ca含量进一步增加引起了晶粒粗化,合金的强度和断后延伸率整体上呈下降趋势。