zm61合金的组织与力学性能研究(附件)
本文以ZM61镁合金为研究对象，分别对合金进行固溶-单级时效以及固溶-双级时效处理，通过光学金相、力学实验分析研究了ZM61合金的力学性能随热处理变化的规律。结果表明，固溶处理使合金中Mg-Zn化合物溶解，导致合金硬度降低，塑性升高；时效处理可明显提高合金的强度、硬度及摩擦性能，其中固溶＋双级时效较于单级时效，更能提高ZM61合金的强硬度和摩擦性能，同时也能得到良好的塑性，因此采用固溶-双极时效可以获得合金最佳的力学性能。关键词 镁合金，热处理，组织，性能，双级时效
目 录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 镁的基本知识及发现简史 1
1.3 镁合金分类 2
1.4 镁合金应用 3
1.5 镁合金元素的作用 4
1.6 本课题研究目的及研究手段 5
2 实验过程与实验方法 6
2.1 热处理实验 6
2.2 金相实验 7
2.3 力学实验 9
3 实验结果与分析 10
3.1 ZM61合金在固溶时效后的组织演变 10
3.2 硬度实验分析 13
3.3 摩擦磨损实验分析 13
3.4 拉伸实验分析 15
结 论 17
致 谢 18
参 考 文 献 19
1 绪论
1.1 引言
从21世纪开始，人类正在面临必须解决的眼前问题是环境以及资源的可持续问题。随着越来越多金属资源被消耗，环境也同时遭受着无比大的压力，因此我们必须着眼于新材料的开发和利用，从而缓解资源紧张的问题，使得以后科技与世界的发展得以顺利进行。近几年，人们发现镁这种工程材料，它由于具有质轻，导热性高，锻造性能良好，比强度、比耐力高于铝和铁[1]，减震性能优越，屏蔽电磁信号较好的优点，越来越多地被人所关注与重视，被誉为“21世纪的绿色工程结构材料”[2]。它是在紧接钢、铁和铝发展起来的位居第三的金属工程原料，特别地，镁合金阻尼减震降噪能力强、液态成型性能优越、易于回收利用，特别适合于汽车、摩托车等交通工具和仪器仪表、轻工等领域[3]。
其实，镁的资源极其富足，在自 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
然界中储量也很多，地壳中含量高达2.7%，仅次于O、Si、Al、Fe、Ca，排第六位，工业金属领域仅次于Al和Fe而位列第三[4]。与此同时，占70%的地球表面积的海洋同样是储存镁的巨大宝库，由于它是活泼性较高的元素，在大自然中保持着化合物的状态。如果按此刻镁年均50万吨的生产能力来计算的话，至少1200亿年可以使用完，由此可见，镁资源是相当于取之不尽用之不竭的。在所有目前的镁资源中，最适合生产镁的的原料包括：菱镁矿、白云石、盐湖卤水、海水以及光卤石[5]。中国的菱镁矿储藏量大概是全球的60％左右，其中矿石更是达到了40％。但我国对于镁合金的研究还不够深入，技术化不够先进，镁工业还处在一个起初的阶段，我国出口的一些镁产品相比之下还比较低廉和落后，因而政府正在投入大量的精力对镁合金加以研究和开发，随着现在国际和国内已经越来越重视和开发对镁的应用，镁在接下来的一个阶段内将会发挥它独特的优势，因而，镁将可能是紧跟Cu、Al后面一个时期的潮流。
1.2 镁的基本知识及发现简史
镁在化学元素周期表的序号是12，它的相对原子质量是24.3050，熔点是650℃，沸点1090℃，密度为1.738g/cm3，是纯铁的四分之一，纯铝的三分之二[6]。在一个标准大气压下，镁的晶体表现为密排六方，是一种原子堆积最为紧密的方式，镁晶格常数的理论估计值为a=0.32092nm，c=0.52105nm，已有的实际测量值误差仅仅在0.01％之内。
自1808年，英国化学家戴维确认氧化镁是一种金属元素，到2018年已经历了210年的历史。其中，最值得关注的是1852年，来自德国的邦森通过一个小型实验室采用电解槽熔融状态下的氧化镁被电解，1886年德国的伊利克创公司经过改进邦森的电解槽建立了世界上第一家用于商业的镁厂，开创了镁合金走向市场生产的先河，1916年，美国一家名叫道屋的公司创立起了通过电解氧化镁制取镁的工厂，20世纪30年代初EVMcCollum带着他的同事率先使用鼠和狗这种动物做实验，进而发现了镁缺乏的症状。直到1934年镁才被证明在人体中必不可少。镁在它的130年工业化生产中，其发展过程用三个阶段来诠释，即化学法阶段、熔盐电解法阶段和热还原法阶段，1942年，加拿大当局在名为哈雷白云石矿创立了一家能每年生产5000t镁金属的通过硅热法制取镁的工厂，其中，一种称为皮江法的制镁技术成为第二种在工业上获取镁金属的方法。1949年投入研究的半连续生产硅热法炼镁得以成熟，变成世界上具有开创性的作为制镁的工艺措施。
我国镁储量较于其他国家是最丰富的，平均一方立米中的海水就含有镁元素一千克。然而，镁工业在生产领域还没有优势，基本上依赖进口。就在改革开放后，我国的镁工业才开始调整结构，深化整改，被世人瞩目，例如，我国在2008年出口金属镁就达到了39.64万吨，随着经济和产业效益不断提高，规模日渐壮大，在国际上的发挥着举重若轻的影响力。
1.3 镁合金的分类
镁合金通常根据三个标准划分，它们是：合金的化学组成、成形方法及合金中是否含有锆元素[7]：从化学成分角度来讲，主要有MgAl、MgMn、MgZn；从成型工艺的角度来讲，主要分为变形镁合金以及铸造镁合金，这两种合金在组织性能以及成分上具有不同区别；其中，变形镁合金用MB来表示，M意指镁合金，B意指变形；铸造镁合金用ZM表明，Z意指铸造，M意指镁合金。从是否有元素锆角度来讲，主要有含锆镁合金和无锆镁合金这两种。在实际生活中，为了分析问题的得益，同时起到简明和突显合金的主要成分，我们总是依据Mg和另一个主要元素把他们分类为二元合金系，这些主要元素有Mn、Al、Zn、Zr和稀土。
目前，我们标记镁合金主要是按照ASTM（美国试验材料学会），镁合金牌号中有两位阿拉伯数字，它表明镁合金中主要元素的名义质量百分比，举例来说，AZ91意指主要元素为Al与Zn，并且名义质量分数为百分之九和百分之一。在其他国家产业中用得相比之下广阔的合金为压铸镁合金，它们是AZ系列MgAlZn；AM系列MgAlMn；AS系列MgAlSi和AE系列MgAlRe这四种系列[8]。我国铸造镁合金主要有MgZnZr、MgAlZn和MgZnZr三种系列。
目 录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 镁的基本知识及发现简史 1
1.3 镁合金分类 2
1.4 镁合金应用 3
1.5 镁合金元素的作用 4
1.6 本课题研究目的及研究手段 5
2 实验过程与实验方法 6
2.1 热处理实验 6
2.2 金相实验 7
2.3 力学实验 9
3 实验结果与分析 10
3.1 ZM61合金在固溶时效后的组织演变 10
3.2 硬度实验分析 13
3.3 摩擦磨损实验分析 13
3.4 拉伸实验分析 15
结 论 17
致 谢 18
参 考 文 献 19
1 绪论
1.1 引言
从21世纪开始，人类正在面临必须解决的眼前问题是环境以及资源的可持续问题。随着越来越多金属资源被消耗，环境也同时遭受着无比大的压力，因此我们必须着眼于新材料的开发和利用，从而缓解资源紧张的问题，使得以后科技与世界的发展得以顺利进行。近几年，人们发现镁这种工程材料，它由于具有质轻，导热性高，锻造性能良好，比强度、比耐力高于铝和铁[1]，减震性能优越，屏蔽电磁信号较好的优点，越来越多地被人所关注与重视，被誉为“21世纪的绿色工程结构材料”[2]。它是在紧接钢、铁和铝发展起来的位居第三的金属工程原料，特别地，镁合金阻尼减震降噪能力强、液态成型性能优越、易于回收利用，特别适合于汽车、摩托车等交通工具和仪器仪表、轻工等领域[3]。
其实，镁的资源极其富足，在自 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
然界中储量也很多，地壳中含量高达2.7%，仅次于O、Si、Al、Fe、Ca，排第六位，工业金属领域仅次于Al和Fe而位列第三[4]。与此同时，占70%的地球表面积的海洋同样是储存镁的巨大宝库，由于它是活泼性较高的元素，在大自然中保持着化合物的状态。如果按此刻镁年均50万吨的生产能力来计算的话，至少1200亿年可以使用完，由此可见，镁资源是相当于取之不尽用之不竭的。在所有目前的镁资源中，最适合生产镁的的原料包括：菱镁矿、白云石、盐湖卤水、海水以及光卤石[5]。中国的菱镁矿储藏量大概是全球的60％左右，其中矿石更是达到了40％。但我国对于镁合金的研究还不够深入，技术化不够先进，镁工业还处在一个起初的阶段，我国出口的一些镁产品相比之下还比较低廉和落后，因而政府正在投入大量的精力对镁合金加以研究和开发，随着现在国际和国内已经越来越重视和开发对镁的应用，镁在接下来的一个阶段内将会发挥它独特的优势，因而，镁将可能是紧跟Cu、Al后面一个时期的潮流。
1.2 镁的基本知识及发现简史
镁在化学元素周期表的序号是12，它的相对原子质量是24.3050，熔点是650℃，沸点1090℃，密度为1.738g/cm3，是纯铁的四分之一，纯铝的三分之二[6]。在一个标准大气压下，镁的晶体表现为密排六方，是一种原子堆积最为紧密的方式，镁晶格常数的理论估计值为a=0.32092nm，c=0.52105nm，已有的实际测量值误差仅仅在0.01％之内。
自1808年，英国化学家戴维确认氧化镁是一种金属元素，到2018年已经历了210年的历史。其中，最值得关注的是1852年，来自德国的邦森通过一个小型实验室采用电解槽熔融状态下的氧化镁被电解，1886年德国的伊利克创公司经过改进邦森的电解槽建立了世界上第一家用于商业的镁厂，开创了镁合金走向市场生产的先河，1916年，美国一家名叫道屋的公司创立起了通过电解氧化镁制取镁的工厂，20世纪30年代初EVMcCollum带着他的同事率先使用鼠和狗这种动物做实验，进而发现了镁缺乏的症状。直到1934年镁才被证明在人体中必不可少。镁在它的130年工业化生产中，其发展过程用三个阶段来诠释，即化学法阶段、熔盐电解法阶段和热还原法阶段，1942年，加拿大当局在名为哈雷白云石矿创立了一家能每年生产5000t镁金属的通过硅热法制取镁的工厂，其中，一种称为皮江法的制镁技术成为第二种在工业上获取镁金属的方法。1949年投入研究的半连续生产硅热法炼镁得以成熟，变成世界上具有开创性的作为制镁的工艺措施。
我国镁储量较于其他国家是最丰富的，平均一方立米中的海水就含有镁元素一千克。然而，镁工业在生产领域还没有优势，基本上依赖进口。就在改革开放后，我国的镁工业才开始调整结构，深化整改，被世人瞩目，例如，我国在2008年出口金属镁就达到了39.64万吨，随着经济和产业效益不断提高，规模日渐壮大，在国际上的发挥着举重若轻的影响力。
1.3 镁合金的分类
镁合金通常根据三个标准划分，它们是：合金的化学组成、成形方法及合金中是否含有锆元素[7]：从化学成分角度来讲，主要有MgAl、MgMn、MgZn；从成型工艺的角度来讲，主要分为变形镁合金以及铸造镁合金，这两种合金在组织性能以及成分上具有不同区别；其中，变形镁合金用MB来表示，M意指镁合金，B意指变形；铸造镁合金用ZM表明，Z意指铸造，M意指镁合金。从是否有元素锆角度来讲，主要有含锆镁合金和无锆镁合金这两种。在实际生活中，为了分析问题的得益，同时起到简明和突显合金的主要成分，我们总是依据Mg和另一个主要元素把他们分类为二元合金系，这些主要元素有Mn、Al、Zn、Zr和稀土。
目前，我们标记镁合金主要是按照ASTM（美国试验材料学会），镁合金牌号中有两位阿拉伯数字，它表明镁合金中主要元素的名义质量百分比，举例来说，AZ91意指主要元素为Al与Zn，并且名义质量分数为百分之九和百分之一。在其他国家产业中用得相比之下广阔的合金为压铸镁合金，它们是AZ系列MgAlZn；AM系列MgAlMn；AS系列MgAlSi和AE系列MgAlRe这四种系列[8]。我国铸造镁合金主要有MgZnZr、MgAlZn和MgZnZr三种系列。
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