Mg-Sn合金组织、力学与阻尼性能研究

作     者：文幼林 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王敬丰

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-Sn合金 显微组织 阻尼性能 力学性能 

摘      要：随着现代工业的快速发展,振动和噪声已成为严重的工业问题。无论在国防还是民用工业,减重减振降噪成为提高各种仪器设备可靠性、稳定性的关键。结构轻量化和减振降噪的新型材料将会是未来材料发展的重要方向。镁及其合金不仅密度低,比强度、比刚度高,同时也是阻尼性能最好的结构金属材料之一,当前制约阻尼镁合金推广应用的主要问题在于力学性能与阻尼性能之间存在的矛盾关系。选择合适的合金元素对镁合金的性能起着关键作用,研究发现在某些合金中添加Sn元素,提高力学性能的同时也可以获得优异的阻尼性能,但由于对合金性能影响因素较多,其作用机理还不清楚,也缺乏系统研究。对此,本文选取Mg-Sn合金为研究对象,根据不同Sn元素含量设计五组合金成分,通过热处理、热挤压及热轧制工艺调控合金微观组织,系统研究Sn元素对镁合金阻尼及力学性能的影响规律,以实现Mg-Sn合金力学与阻尼性能平衡优化,为低成本高强高阻尼镁合金的合金设计提供参考。首先,研究了铸态Mg-Sn合金的微观组织、力学与阻尼性能。研究发现:在添加7.3wt.%Sn的合金在应变为10时,其阻尼值为0.1514,要高于Sn含量为2.7wt.%和4.0wt.%的合金,主要原因是形成有规律的长直平行第二相组织,该特殊形貌有利于形成长直平行组态位错,可提高镁合金的阻尼性能。经过500℃固溶热处理后,合金中不存在特殊形貌,此时,含7.3wt.%Sn的合金阻尼性能降为最低,含4wt.%Sn的合金阻尼性能最好,在应变为10时,其阻尼值为0.1878,与合金中弥散分布的一定量的MgSn相有关。接着,分别研究了在250℃、300℃挤压温度下MgSn相对合金微观组织及性能影响。结果表明,未再结晶晶粒及弥散分布MgSn相有利于增加单位体积内位错线长度,从而提高合金低应变阶段阻尼性能。在高应变阶段,MgSn相含量增加会导致合金阻尼性能降低,但晶粒尺寸较小时可减弱MgSn相对合金阻尼性能的影响。其中,300℃挤压温度下的含1.4wt.%Sn的合金有着最好的阻尼性能以及较好的力学性能,其阻尼值为0.0670(ε=10),抗拉强度215MPa,屈服强度125MPa,延伸率13.2%。最后,研究了不同下压量下轧制态合金微观组织、力学与阻尼性能。随着下压量的增加,由于发生动态再结晶,合金晶粒细化强化;经过剧烈塑形变形后,增加位错密度,合金阻尼性能提高。其中,在下压变形量较低时合金阻尼性能变化不大,力学性能降低,当下压量增加到50%时,各组合金强度和阻尼性能同时提高,塑性有一定下降。因此,在轧制态下,合金经过充分轧制变形有利于提高力学与阻尼性能,阻尼性能的提高与位错密度的增加有关,但当合金中MgSn相含量较多时,不利于合金力学性能。