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1、2003级博士研究生开题报告 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 博士生：卢 庆 亮 导 师：闵 光 辉 山东大学材料科学与工程学院 1. 引言 2. 研究现状 3.选题意义 4. 研究内容 5.实验方案 及技术路线 6. 可行性分析 7.预期创新点 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 8.进度安排 报 告 内 容 1 引 言 1.1 镁合金的特点 优点：高比强度、比刚度、减震与吸波 缺点：强度较低、高温性能差 、低塑变性能 1.2 准晶 1984年，Shechtman等在Al-Mn合金发现准晶 存在稳态准晶的合金系 Al-Pd-(Fe, Ru, Os) Al-Cu-(Li
2、, Fe, Co) Zn-Mg -(Ga, Y, Tb, Dy, Ho, Er, Sc) 性能：高硬度、高强度、室温脆性与高温超塑性 镁基准晶合金 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 2 研 究 现 状 2.1 完全准晶合金 1993年，罗治平等 （Y，RE）-Mg-Zn合金准晶的表征 1995年，罗治平等 慢速冷却Mg-Zn-Y合金 准晶相 近似相 (Mg7Zn3) 1998年，Fisher等，大块二十面体Zn-Mg-Y准晶 镁基准晶 开创性研究 完全准晶 本质脆性的限 制 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 图1 铸态合金SEM组织 （a） Mg74Zn26,（b） M
3、g72.5Zn25.5Y2 2.2 部分准晶合金 2000年, D.H.Kim Mg-Zn-Y 合金 -Mg和二十面体准晶 2001年, Mg-Zn-Y三元合金系 准晶相的形成范围。 水冷铜模 直径15mm 高50mm 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 2.3 其它部分准晶的镁基合金 德国学者：压铸ZA85合金 晶界稳定准晶相形成 指出准晶相的形成与冷却速度有关 李卫红： Mg-Zn-Al 合金 晶界准晶相 张少卿等：MB25镁合金 铸态合金晶界上准晶相形成 Mg24Y5相在晶内弥散分布 实用性研究 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 2.4 尚待探明的问题 准晶相增强M
4、g-Zn-Y合金的大塑性变形行为 1. Mg-Zn-Y合金相组成与相形成尚未明晰 2. Mg-Zn-Y合金准晶相形成机理尚未明晰 3. 热处理Mg-Zn-Y合金相析出机制的分歧 4. 如何改善Mg-Zn-Y合金晶界准晶相分布 镁合金的塑性变形工艺 2.5 大塑性变形工艺（SPD） 作用：细化晶粒，超细晶 1m 显著提高力学性能 分类：等通道角挤压（ECAP） 累积轧制连接（ARB） 高压扭转变形（HPTS） 图2 ECAP挤压工艺示意图 Pressure =90 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 ECAP的优势 Mg合金塑变行为 基体晶粒超细化 准晶粒子分布均匀化 大尺寸棒（板）材
5、 新型Mg合金基复合材料 1. 常规铸造工艺 、部分准晶相 、大尺寸 实用化 2. 含准晶相镁合金的大塑性变形 晶粒细化，准晶弥散化 3. 晶界准晶相的形成机理 4.准 晶 相 的析出及其热 稳 定 性 3. 选 题 意 义 尚无相关研究 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 4. 研 究 内 容 1.Mg-Zn-Y合金的成分设计与准晶形成机制 3.热处理过程中准晶相的析出与热稳定性 2.凝固条件、准晶相的体积分数及微观组织控制 4. ECAP工艺及宏观/微观组织演变 5. ECAP晶粒细化机制及准晶粒子强化机制 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 5.1 技术路线 组织表征
6、与性能测试强化机制 DTA实验 热处理工艺 ECAP工艺 液淬处理 准晶相形成机理 熔炼、浇铸 合金成分设计 急冷甩带 准晶相热稳定性 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 5. 实验方案及技术路线 5.2 实验方案 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 合金成分设计 Mg-Zn-Y合金 热处理工艺井式热处理炉 573K 24h 准晶相的析出 773K 2h 准晶相的稳定性 熔炼、浇铸 DTA实验 液淬处理 感应熔炼炉电阻熔炼炉 急冷甩带单辊急冷制带设备 定向凝固装置 准晶相形成机理 ECAP工艺120吨压力机ECAP模具准晶相的破碎，均匀化 6. 可 行 性 分 析 研究室现
7、有相关实验设备 定向凝固装置、熔炼炉与热处理炉、AFM显微镜 材料液态结构及遗传性教育部重点实验室 单辊甩带装置 学院分析测试中心 系统、完备的组织表征和力学性能测试手段 6.1 实验设备 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 6.2 前期工作基础 1. 已配制合金种类 Mg93Zn6Y1 Mg95Zn4.3Y0.7 Mg98Zn1.7Y0.3 Mg95Zn4.3Y2.0 2. 已获得的实验结果 OM、SEM、TEM、XRD 晶界相为-Mg和二十面体准晶的共晶组织 3. ECAP工艺的初步研究 图3. Mg95Zn4.3Y0.7合金铸锭 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 5
8、0m a 50m b 50m c a b c 图4. Mg95Zn4.3Y0.7合金在楔形试样所示位置a、b、c处的铸态组织 铸态合金组织 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 冷 却 速 度 ba 图6. 铸态合金的SEM观察 （a） Mg95Zn4.3Y0.7 、（b） Mg93.7Zn4.3Y2.0 SEM组织观察 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 a b cd 1 m 图6. （a）铸态Mg95Zn4.3Y0.7合金的TEM观察明场像 ； (b-d)为图中共晶组织准晶相的选区电子衍射斑点 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 TEM组织观察 111晶带轴电子
9、衍射斑点 112晶带轴电子衍射斑点 图7 铸态Mg95Zn4.3Y2.0合金的明场TEM观察 及其选区电子衍射斑点 202220 000022 513 423 000 110 Mg24Y5Mg4Zn7 ab cd 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 TEM组织观察 a b XRD分析 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 图8. 铸态合金的XRD图像 (a) Mg93Zn6Y1，(b) Mg98Zn1.7Y0.3 Zn/Y 约 6:1 高合金化低合金化 图9. 铸态合金的XRD图像 (a)Mg95Zn4.3Y0.7 ，(b)Mg93.7Zn4.3Y2.0 a b 准晶相增强M
10、g-Zn-Y合金的大塑性变形行为 XRD分析 Zn 4.3, Y 0.7 2.0 约 6:1约 2:1 图10. ECAP试样及实验效果 ECAP初步试验 ECAP试样 a AZ31 b 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 10mm10mm50mm Mg95Zn4.3Y0.7 c ab 40m 图11. Mg95Zn4.3Y0.7合金在ECAP处理前、后的组织 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 ECAP初步试验 7. 预 期 创 新 点 2. 揭示该合金中准晶相形成的凝固条件， 探讨与合金成分、凝固工艺之间的关系。 3. 合金中准晶相在热处理过程中的热稳定性 及基体合金中
11、准晶相的析出及其机理 1. 含有部分准晶相的大尺寸镁合金的铸造工艺 4. 准晶相增强镁合金的大塑性变形 及其晶粒微细化的机制 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为 2003.112004.3 原材料准备、实验设备的调试 2004.42004.7 合金成分设计、合金熔炼工艺研究 2004.82004.12 研究不同冷却条件下合金的凝固过程 2005.12005.6 DTA实验、液淬实验研究准晶相的形成机理 2005.72005.11 ECAP实验及形变强化作用的研究 2005.122006.3 组织表征与性能测试 2006.32006.5 完成论文，准备论文答辩 8. 进 度 安 排 准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为
