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1、河南科技大学毕业设计（论文）IMg-Gd 二元合金组织和性能研究摘 要镁合金是目前应用中最轻的金属结构材料，它具有较低的密度，较高的比强度和比刚度，优异的电磁屏蔽性能，良好的减震性能和散热性能等一系列优点，从而受到人们的广泛关注。但是，普通镁合金的耐热性能较差，导致其在高温下的抗拉强度和屈服强度较低，严重限制了镁合金的广泛应用，而添加稀土元素是改善镁合金高温性能最有效的方法之一。在现有的研究中 Mg-Gd 系镁合金因其高比强度、良好的室温高温强度和抗蠕变性能而成为稀土镁合金研究的热点。本文通过合金的制备及热处理、微观组织强化机制分析和力学性能测试等方法，研究了不同 Gd 含量 Mg-Gd 合金
2、的组织和力学性能。结果表明，随着 Gd 含量的增加，合金晶粒细化，并产生弥散分布的析出相，合金的室温和高温力学性能均有所增加。从室温到 300的温度范围内，随着温度的升高，合金的抗拉强度先增大后减小，在同一温度下，随着 Gd 含量的增加合金的抗拉强度不断增加。Gd 的加入，促进了弥散分布的第二相的形成，也进一步细化了基体组织。关键词：Mg-Gd 合金，微观组织，力学性能，强化机制河南科技大学毕业设计（论文）IISTUDY ON THE MICROSTRUCTURES AND PROPERTIES OF MG-GD BINARY ALLOYSABSTRACTMagnesium alloy is
3、the lightest metallic structural material in the current industrial applications. It has many advantages, such as low density, high specific strength and stiffness, excellent electro-magnetic shielding ability, good heat dispersion and processing properties, and has been paid close attention by rese
4、archers. However, its low strength at elevated temperature, which is the main factor of limiting its wide application. Adding rare earth element is one of the most effective measures to improve elevated temperature properties of magnesium alloy. Mg-Gd based alloys become a research hotspot in magnes
5、ium alloy existing studies because of their high specific strength, good room-temperature strength and creep resistance Through preparation and heat treatment of alloys, microstructure and mechanical properties of strengthening mechanism analysis testing and other methods to study the microstructure
6、 and mechanical properties of different Gd content of Mg-Gd alloys. The results show that with the increase of Gd content, the alloy grain refinement and dispersed precipitates produced at room temperature and high temperature mechanical properties of the alloy have increased. Within a temperature r
7、ange from room temperature to 300 , as the temperature increases, the tensile strength of the alloy first and then decreased at the same temperature, the tensile strength with increasing content of Gd alloy increasing. Gd is added to promote the formation of a second dispersed phase, the matrix furt
8、her refine the 河南科技大学毕业设计（论文）IIIorganization.KEY WORDS: Mg-Gd alloys, microstructure, mechanical properties, strengthening mechanisms河南科技大学毕业设计（论文）IV目 录第一章 前 言.11.1 镁合金的性能 .11.2 镁合金的种类及应用 .2 1.3 稀土在镁合金中的作用 .31.4 Mg-Gd 系合金 .41.5 本文研究的内容 .6第二章 试验内容与方法.7 2.1 合金的成分设计 .7 2.2 合金的熔炼 .72.3 热处理 .82.4 合金力学性能测
9、试 .82.5 微观分析 .9第三章 试验结果与分析.103.1 合金的物相分析 .103.2 铸态和时效态合金的显微组织形貌 .103.3 合金的力学性能分析 .123.3.1 合金的拉伸性能测试 .123.3.2 合金的显微硬度分析 .143.4 合金的强化机制分析 .16结 论.18参考文献.19致 谢.21河南科技大学毕业设计（论文）1第一章 前 言1.1 镁合金的性能一，密度低，比刚度、比强度高镁合金密度低，是金属结构材料中最轻的金属，满足结构件轻量化的要求。常用镁合金的密度为 1400kg/m3-1900kg/m3,大约是铝的 2/3,铁的 1/4。镁合3金单位质量的强度和弹性都比
10、塑料高，所以，在同样强度的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。另外，由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高，因此，在不减少零部件的强度的条件下，镁合金零部件的质量比铝合金或钢的轻很多。二，阻尼减震性好镁合金具有良好的抗冲击性,是塑料的 20 倍;与其他同类材料相比具有优良的尺寸稳定性与良好的能量吸震性(在 20MPa 应力水平下镁合金 AZ91D 的衰减8系数为 20%,而铝合金 A380 只有 1%),是制造抗震零件的优良材料,对于用作设备机壳减少噪音传递、提高防冲击与防凹陷损坏十分有利。与传统车用的钢材相比，镁合金 AZ31 具有更好的减震降噪性能，在未来的汽车行业发展过程中，镁合金
11、的应用必将大幅度的提高。19, 8三，储量丰富，易于回收Mg 在地壳中的储量丰富，其蕴藏量约为2.7，仅次于 Al 和 Fe，中国是世界上镁资源最丰富的国家之一。镁合金具有良好的可回收性能,使镁合金比许多塑胶材料更具有吸引力。塑料类零件废弃时不利于环境保护,镁合金废料回收利用率高达 85%以上。这种可再生利用的特性能够达到汽车节能、降低成本、可持续发展、减少排放、容易回收等目的。12四，其他性能镁合金还具有良好的焊接性能,焊接接头的强度约为其自身强度的 95%,可以河南科技大学毕业设计（论文）2制造具有复杂结构的零件。镁合金作为金属，还具有良好的质感，比塑料具有良好的不可燃性。镁合金的高散热性
12、适合当今设计密集的电子产品，是未来高级笔记本电脑的最佳选择。然而，镁合金的腐蚀性能较差，是目前限制其应用的主要原因。1.2 镁合金的种类及应用常用的镁合金一般分为 AZ 系合金、AM 系合金、AS 系合金和 AE 系合金。2第一个字母为含量最大的合金元素；第二个字母为含量为第二的合金元素；后面加数字表示相对元素的重量百分比，最后后缀字母 A、B、C、D、E 为标识代号，用以标识各具体组成元素相异或元素含量有微小差别的不同合金，也可不加该后缀。如 AZ91E 表示主要合金元素为 Al 和 Zn，其名义含量分别为9%和1%，E 表示AZ91E 是含9%Al 和1%Zn 合金系列的第五位。AZ 系合
13、金一般指 AZ91系列合金，是目前应用最广泛的压铸镁合金，它具有均衡的力学性能和耐腐蚀性能，屈服强度最高，多用来制造形状复杂的薄壁铸件；AM 系合金具有很好的韧性和塑性，多用于经常受冲击载荷，对安全性有较高要求的场合；AS 系合金具有很好的抗蠕变性能，多用于工作温度高的发动机零部件。AE 系比 AS 系具有更好的抗蠕变性能，满足汽车动力系统的要求。镁合金作为最轻的结构材料应用于汽车工业能减轻车身重量，达到节能减排的目的。且镁合金能够承受一定的载荷，具有良好的尺寸稳定性，还具有良好的阻尼系数可以减震除噪，减震量大于铸铁和铝合金，用于壳体可降低噪音，用于座椅、轮圈可以减少震动，大大提高汽车的安全性和舒适性。目前，应用于汽车的镁合金铸件已经扩展到车轮、阀壳、齿轮箱、曲轴箱、变速箱、离合器壳体、前灯支撑托架，驾驶杆零件等几十种零件。镁合金是汽车行业最有潜力的结13构材料，中国汽车工业紧跟世界汽车用材的发展趋势，开展镁合金在汽车上应用的研究意义重大。镁合金在 3C 产业生产中也有很大的应用潜力，3C（计算机类、通讯类、消费类电子产品）是当今发展最快的产业，镁合金比塑料外壳强度高、导热性好、电磁屏蔽性好、且具有无可比拟的可回收优势。镁合金用于电子产品，可有效地将内部热量散发到外面，且满足 3C 产品朝着体积薄、重量轻的方向发展。镁14合金散热好、电磁屏蔽性能好的特点在
