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1、-范文最新推荐-1 / 19Mg-Nd-Zn-Zr 合金等温时效过程中第二相析出强化的研究摘要：镁合金作为一种绿色环保金属结构材料，具有比强度、比刚度高，减震性、导热性和可回收性好等优点，逐渐成为钢、铁、铝和塑料等结构材料的替代品。Mg-Nd 两元合金具有明显的时效强化效果，因此以 Mg-Nd 系合金为基础有望开发出高强度低成本镁稀土合金。4686本文主要以 Mg-Nd-Zn-Zr 铸造合金(Zr 元素作为晶粒细化剂)为基础，采用光学显微镜、 X 射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等分析手段，通过硬度试验，研究了 Mg-Nd-Zn-Zr 合金等温时效过程中
2、第二相析出强化对合金组织与力学性能的影响。关键词：Mg-Nd-Zn-Zr ；镁合金；显微组织；力学性能；析出相；强化机制Study on the second phase precipitation strengthening during Isothermal aging of Mg-Nd-Zn-Zr AlloysAbstract:：Magnesium alloy as a green metal material, has the advantages of specific strength, high specific stiffness, shock absorption, ther
3、mal conductivity and recyclable and it gradually become substitute of the steel, iron, aluminum and plastic material. Mg-Nd alloy have obviously effect in ageing strengthening, so the high strength and low cost Magnesium alloy is expected to be developed based on the Mg-Nd alloy。By optical microscop
4、y (OM), X-ray diffractometer (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM), hardness test， Study on the effect of the microstructure and mechanical properties from the second phase precipitation strengthening during Isothermal aging of Mg-Nd-Zn-Zr AlloysKey wor
5、ds: Mg-Nd-Zn-Zr;Magnesium -范文最新推荐-3 / 19alloy;Microstructure; Mechanical properties; Precipitate; Strengthen Mechanism目录1.绪论 11.1 镁合金的研究背景及概况 11.1.1 镁及镁合金简介 1 镁合金比重在所有结构用合金中属于最轻者，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。镁合金的比强度明显高于铝合金和钢，比刚度与铝合金和钢相当。在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。在相同载荷下，减振性是铝的100
6、 倍，钛合金的 300500 倍。电磁屏蔽性佳，3C产品的外壳（手机及电脑）要能够提供优越的抗电磁保护作用，而镁合金外壳能够完全吸收频率超过100db 的电磁干扰。质感佳，镁合金的外观及触摸质感极佳，使产品更具豪华感，而且，在空气中更不容易腐蚀。与塑料相比，镁合金具有重量轻、比强度高、减振性好、热疲劳性能好、不易老化，又有良好的导热性、电磁屏蔽能力强、非常好的压铸工艺性能，尤其易于回收等优点，是替代钢铁、铝合金和工程塑料的新一代高性能结构材料。与复合材料相比，镁合金还有突出的优点：它的机械加工性能好，抗老化，而且原料丰富(海水中富有镁元素且容易提取) 。在目前铁矿和铝矿资源紧张的情况下，开发和
7、利用镁作为替代材料已成为必然趋势。在这一背景之下，镁的很多优点受到了人们的重视，被誉为“21 世纪商用绿色环保和生态金属结构材料” ，正在汽车工业、电子通讯业和航空航天等领域得到广泛的应用。大部分稀土元素与镁的原子尺寸半径相差在±15范围内，在镁中有较大固溶度，具有良-范文最新推荐-5 / 19好的固溶强化、沉淀强化作用；可以有效地改善合金组织和微观结构、提高合金室温及高温力学性能、增强合金耐蚀性和耐热性等；稀土元素原子扩散能力差，对提高镁合金再结晶温度和减缓再结晶过程有显著作用；稀土元素还有很好的时效强化作用，可以析出非常稳定的弥散相粒子，从而能大幅度提
8、高镁合金的高温强度和蠕变抗力。因此在镁合金领域开发出一系列含稀土的镁合金，使它们具有高强、耐热、耐蚀等性能，将有效地拓展镁合金的应用领域。稀土在镁合金中的主要作用与效果有如下几个方面： 90 年代中期，中国镁产业崛起。数年之间，产销量取得 20 倍以上的增长，深刻影响了世界镁工业的格局。世界最大的镁厂美国道尔(DOW)镁厂于 1998年底宣布关闭，结束了其长达 85 年的生产镁的历史。国际市场镁价则由 3000-4450 美元 /t 逐年下跌到 2000年未的 1300 美元/t，比铝锭价低 20%左右。打开了阻碍镁合金大规模工业应用的价格瓶颈，镁合金在各工业领域的应用迅猛增长。1996 年，
9、日本 SONY 公司率先将镁合金应用于超薄型笔记本计算机，立即大受欢迎并造成市场脱销。由此镁合金迅速大量进入各类高档 3C 产品的应用。开拓了镁合金应用的一个崭新的领域。在台湾，已研制出全镁合金自行车，热销欧美。台湾工业界排名前五位以内的工业巨头鸿海集团（富士康） ，素以投资眼光和大手笔而著称，其投资动向深为同业关注，其在镁合金产业的布局亦已完成，初期拟建立 40 台压铸机的大规模镁合金压铸工厂，生产笔记本计算机外壳等 3C 产品。且另辟蹊径，采冷室压铸机制造方式，埋下了将来进军其它产品领域之伏笔。而取得先发优势者如台湾可成科技（镁合金压铸专业厂商） ，则已进入高速扩张和高额回报期。其近5 年
10、平均年利润增长率高达 117.3%以上。对 90 年代以来国际上主要金属材料发展趋势的分析表明，钢铁、铜、铅、锌、铝等材料的应用呈下降或缓慢增长趋势，而镁则以每年大于 20%的速率连续保持快速增长，其原因是镁合金作为最轻的工程金属材料（镁的密度 1.8，为铝的 2/3，钢的 1/4） ，具有-范文最新推荐-7 / 19比重轻、比强度及比刚度高、阻尼性及切削加工性好、导热性好、电磁屏蔽能力强、以及减振性好和易于回收等一系列优点，满足了汽车工业减重、节能、环保以及通讯电子器件高度集成化和轻薄小型化的要求，在汽车、摩托车工业和信息产业等领域得到了日益广泛的的应用。 得益于中国汽车工业和 3C 等行业
11、的转型升级及其中国经济地位的显著提升，镁合金行业令市场看好。其中，汽车行业的轻量化，环保化需求，尤其是新能源汽车的发展，以及镁合金研发技术和回收利用技术的不断进步，对促使镁合金的广泛应用将是好消息。2013-2017 年中国镁合金行业市场前瞻与投资预测分析报告预计，2015 年，国内汽车用镁合金将达到 68kg/辆，而同期我国汽车销量将突破 2800 万辆，乘用车销量将达到 1960 万辆，自主品牌汽车企业通过产业兼并、技术研发和市场渠道开拓等因素作用，销量将突破 1000 万辆。与此同时，镁合金在医药化工和航空航天工业领域的应用也将得到成长。由于下游终端汽车消费市场的稳步增长，前瞻网预计 2
12、015 年，全球镁合金市场为600 万吨，年均复合增长率(CAGR)为 20%-25%(其中包含了交通工具、3C、航空航天和医药化工领域镁合金的应用)。此外，作为有色金属合金行业的子行业，镁合金行业在中国制造工业的的升级过程中得到实惠。作为资金、材料密集型行业，原材料价格的稳定和较低水平、铸造件行业的整合集中、技术研发的进步等都将较为有利于镁合金行业的发展，市场较为看好。图 1：镁合金产业链1.2 镁合金的强化方式工业纯镁的强度低，室温塑性差，如纯镁砂型铸造试棒的屈服强度和抗拉强度分别只有 21MPa 和 90MPa，不能直接用作结构材料。通过合金化、热处理、晶粒细化、引入陶瓷颗粒增强相等多种
13、方法或这-范文最新推荐-9 / 19些方法的综合运用，镁的力学性能会得到大幅度提高。长期以来，人们对镁合金的强化机理进行了大量研究，镁合金的强化通常有以下几个途径：热处理强化(固溶强化、沉淀析出强化)、弥散强化、细晶强化以及复合强化 d细晶强化根据 Hall-Petch 公式：σy = σ0 + kd -1/2，合金的屈服强度与晶粒尺寸的平方根成反比。研究表明，随着晶粒尺寸的细化，不仅材料的强度大幅度提高，而且塑性也显著改善。与体心立方和面心立方晶体结构的金属相比，细化晶粒在改善密排六方镁合金的力学性能方面更为有效。对于纯镁而言，由于其晶体对称性低，滑移系少，它的 Ha
14、ll-Petch 常数 k 值很大(kMg ≈ 280-320MPa μm )，是一般体心立方和面心立方晶体结构金属的数倍，是铝合金的 4 倍(kAl ≈ 68MPa μm )。尽管很多镁合金的 k 值没有纯镁的那么大，但是也多在 130 MPa μm 以上，因此镁合金晶粒细化产生的强化效果极为显著。1.3 第二相的强化机制从文献可知，目前耐热镁合金的主要强化方法是基体强化和晶界强化，基体强化的主要手段是固溶强化、析出强化和弥散强化。(1)固溶强化是通过在合金中加入溶质元素提高其均匀化温度和弹性模量，减慢扩散和自扩散过程，降低了位错攀移的速率，因而合金的耐热性能提高。(2)析出时效强化是在时效过程中合金元素的固溶度随温度下降而降低时形成散布的析出相，析出相与滑移位错之间的交互作用导致了合金的屈服强度提高。(3)弥散强化因弥散相具有很高的熔点并在基体中溶解度很小，其强化温度大大提高。资料显示，目前应用的所有镁合金都是析出型强化合金，所以有必要对第二相的强化机制做一定的
