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【6h】

Ce和Sn对AZ80镁合金显微组织和力学性能及耐蚀性能的影响

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 镁合金在车辆工业中的应用现状

1.3 镁合金在汽车轮毂上的应用

1.3.1 镁合金轮毂的发展与应用现状

1.3.2 镁合金轮毂的优缺点

1.4 镁合金的优化

1.5 本课题研究的意义和内容

1.5.1 研究的意义

1.5.2 研究的内容

第二章 合金的制备及工艺

2.1 合金的制备工艺

2.1.1 实验工艺路线

2.1.2 合金成分设计

2.1.3 合金的熔炼与浇注工艺

2.1.4 合金的热处理工艺

2.2 微观表征与分析测试方法

2.2.1 金相组织分析(OM)

2.2.2 X-射线衍射分析(XRD)

2.2.3 扫描电子显微镜分析(SEM)和能谱分析(EDS)

2.3 力学性能测试

2.3.1 宏观硬度测试

2.3.2 冲击韧度测试

2.3.3 室温拉伸性能测试

2.4 耐蚀性能测试

第三章 Ce对AZ80镁合金的显微组织和力学性能及耐蚀性能的影响

3.1 引言

3.2 Ce元素对AZ80镁合金铸态显微组织的影响

3.3 Ce元素对AZ80镁合金室温力学性能的影响

3.4 Ce元素对AZ80镁合金耐蚀性能的影响

3.5 分析与讨论

3.5.1 含Ce的AZ80镁合金的组成相分析

3.5.2 Ce元素对AZ80镁合金显微组织的影响机制

3.5.3 Ce元素对AZ80镁合金力学性能的影响机制

3.5.4 Ce元素对AZ80镁合金耐蚀性能的影响机制

3.6 小结

第四章 Sn对AZ80+1.0%Ce合金的显微组织和力学性能及耐蚀性能的影响

4.1 引言

4.2 Sn元素对AZ80+1.0%Ce合金铸态显微组织的影响

4.3 Sn元素对AZ80+1.0%Ce合金室温力学性能的影响

4.4 Sn元素对AZ80+1.0%Ce合金耐蚀性能的影响

4.5 分析与讨论

4.5.1 Sn元素对AZ80+1.0%Ce合金显微组织的影响机制

4.5.2 Sn元素对AZ80+1.0%Ce合金力学性能的影响机制

4.5.3 Sn元素对AZ80+1.0%Ce合金耐蚀性能的影响机制

4.6 小结

第五章 热处理对AZ80+1.0%Ce+1.0%Sn合金的显微组织和力学性能的影响

5.1 固溶处理对AZ80+1.0%Ce+1.0%Sn合金的组织的影响

5.2 T6处理对AZ80+1.0%Ce+1.0%Sn合金的力学性能的影响

5.3 热处理强化机理分析

5.3.1 固溶强化

5.3.2 时效强化

5.4 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

AZ系列镁合金具有强度高、塑性和耐蚀性较好等特点,其中AZ80是目前AZ系列应用最多的典型镁合金之一。虽然具有众多优点,但由于晶界存有粗大网状的β-Mg17Al12相,严重了影响了其强韧性的提高,限制了其在生产应用中的发展,本课题主要选AZ系列中的AZ80镁合金为研究对象。
   稀土元素由于具有净化镁合金熔体、改善显微组织、改良铸造性能、提高合金室温和高温强度以及耐腐蚀性能等作用作为合金化元素而广泛应用于镁合金构件中。Sn元素在强化Mg-Al系镁合金方面也有很好的效果,尤其是提高合金的屈服强度。有研究表明Sn和Ce元素复合添加对镁合金进行微合金化也可以很好的改善镁合金的显微组织。本文正是基于微合金化改善镁合金的思想,采用外加的方式研究了单独加Ce元素和复合添加Ce和Sn对AZ80镁合金的显微组织、力学性能和耐蚀性能的影响,然后针对于最佳成分的实验合金进行热处理强化的研究。借助OM、XRD、SEM、EDS等组织分析手段和各种力学性能测试手段详细地研究了实验合金显微组织、力学性能和耐蚀性能的变化趋势,其研究结果如下:
   1) AZ80镁合金的组织主要由基体α-Mg相、连续网状β-Mg17Al12相和少量的Al8Mn5相组成。适量的Ce的加入,可明显地细化基体组织,沿晶界分布的β相的连续网状被改善成小岛状甚至是细小的颗粒状,新生成的针状Al4Ce相均匀地分布在晶内及晶界处。适量的Sn的加入,可进一步地细化基体组织,小岛状的β相的尺寸进一步减小,而针状Al4Ce相相对于单独加Ce时变得更加短小而均匀,新生成块状的Mg2Sn相均匀地分布在晶内及晶界处。
   2)随着Ce含量的增加,实验合金的铸态宏观硬度是呈线性增大的,而冲击韧性、抗拉强度和延伸率是呈先增后减的趋势。当Ce的加入量为1.00wt.%时综合性能达到最佳,其中宏观硬度、冲击韧性、抗拉强度和延伸率分别为61.90HB、15.50J·cm-2、171.80MPa和3.35%。复合添加Ce和Sn时,随着Sn含量的增加,实验合金的铸态宏观硬度是呈线性增大的,而冲击韧性、抗拉强度和延伸率是呈先增后减的趋势。当Sn的加入量为1.00wt.%时,实验合金的铸态综合力学性能达到最佳,其中宏观硬度、冲击韧性、抗拉强度和延伸率分别为61.80HB、15.00J·cm-2、194.50MPa和3.68%,比AZ80基础合金分别提高了9.78%、57.89%、28.30%和50.20%。
   3)元素Ce和Sn对AZ80合金的耐蚀性能的提高是有一定的积极作用。
   4)最适合AZ80+1%Ce+1%Sn实验合金的热处理工艺是425℃固溶2h和200℃时效20h。经425℃固溶2h后,AZ80+1%Ce+1%Sn合金组织中的β-Mg17Al12相基本都溶解,固溶到α-Mg基体中,Al4Ce相和Mg2Sn相的形态和分布基本没有发生明显的变化。经425℃固溶2h和200℃时效20h热处理后,AZ80+1.0%Ce+1.0%Sn实验合金的宏观硬度、抗拉强度和伸长率分别达到72.7HB、243.4MPa和6.47%,相比AZ80+1.0%Ce+1.0%Sn实验合金这三项性能值分别提高了17.6%、25.1%和75.8%,且基本能满足了商用汽车轮毂材料的力学性能要求。

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