铸态含lpso结构稀土镁合金的组织及性能研究(附件)【字数：18837】
随着科技的飞速发展，各行各业都取得了重大的飞跃，对于涉及金属材料的行业对材料的要求越来越高，希望能够质量轻且强度高，并且由于工业发展带来的振动和噪音问题越来越严重，高阻尼材料能够减少振动和噪声的影响。镁和镁合金阻尼性能优良，并且通过一些强化方式能够加强镁合金的力学性能，得到阻尼性能和力学性能都优良镁合金材料广泛应用于航空航天、军用武器和汽车等领域。本实验研究的材料是Mg-6Gd-2xY-xZn-0.6Zr合金，x值取1、1.5、2、2.5。Y/Zn的值为2:1的固定值，设计出含LPSO结构的稀土镁合金，进而通过改变元素Y和Zn的含量，研究LPSO相含量对镁合金组织的作用，进而研究对力学性能和阻尼性能的影响，得到综合性能优异的镁合金。通过金相组织观察、SEM和EDS分析、XRD分析、拉伸实验和阻尼测试等实验手段，发现随着LPSO相的增加，镁合金的组织得到了细化，合金中镁基体减少，第二相含量增多，镁合金主要由LPSO相和α-Mg两相组成，即Mg10(Gd,Y)Zn和α-Mg，镁合金的力学性能提高，但阻尼性能降低。关键词Mg-Gd-Y-Zn-Zr；LPSO；组织；力学性能；阻尼性能
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的背景及意义 1
1.2 镁及镁合金 2
1.3 镁及镁合金的应用 3
1.3.1 纯镁的应用 3
1.3.2 镁合金的应用 3
1.4 镁合金的分类 3
1.4.1 高强度镁合金 4
1.4.2 耐蚀镁合金 5
1.4.3 耐热镁合金 5
1.4.4 阻尼镁合金 6
1.5 镁合金的强化方式 8
1.5.1 固溶强化 8
1.5.2 沉淀析出强化 9
1.5.3 弥散强化 9
1.5.4 细晶强化 10
1.5.5 复合强化 10
1.5.6 镁合金中LPSO结构对镁合金的强化作用 10
1.6 稀土镁合金 10
1.6.1 稀土元素的分类及其作用 11
1.6.2 稀土镁合金的分类 11
1.6.3 长周期增强稀土镁合金 11< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
br /> 1.6.4 国内外研究现状 12
1.7 本课题研究内容 13
第二章 合金的制备和实验方法 14
2.1 合金成分的设计 14
2.2 合金的制备 14
2.2.1 实验的原材料 14
2.2.2 熔炼设备和所需药品 14
2.2.3 熔炼工艺 15
2.3 合金的组织结构表征 16
2.3.1 金相组织观察 16
2.3.2 X射线衍射(XRD)分析 16
2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)观察及EDS分析 16
2.4 合金的性能测试 16
2.4.1 力学性能测试 16
2.4.2 阻尼性能测试 17
第三章 实验结果及分析 19
3.1 铸态MgGdYZnZr合金金相组织分析 19
3.2 铸态MgGdYZnZr合金金相组成分析 21
3.3 铸态MgGdYZnZr合金SEM及EDS分析 22
3.4 铸态MgGdYZnZr合金力学性能分析 24
3.5 铸态MgGdYZnZr合金断口形貌分析 25
3.6 铸态MgGdYZnZr合金阻尼性能分析 25
结论 30
致谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1 课题的背景及意义
在现代工业如航空航天，军用武器装备以及交通运输等领域中，发展方向趋向于重量轻、速度快和功率大，所以由此带来的振动和噪声越来越成为一个难题。在国防军工业中，由于发动机还有高空急流的冲击，飞行器在高空飞行的时候会产生振动和因谐振响应，从而飞行器会产生十分剧烈的疲劳，影响着飞行时的可靠性和稳定性[14]。在民用工业中，车辆的传动动力装置由于振动的影响会危及车辆行驶速度和使用寿命，所以实现车辆的减振降噪是国内外汽车行业、大的整车制造企业和零部件制造企业的发展方向和目标。在船舶工业中，各种船在开动时动力装置会产生振动和噪音，严重影响了船舶定位的精准和人员的健康，而且潜艇的噪声对安全性有所妨碍，降低它的噪声可以降低被敌人声呐发现的概率。在仪器制造业，振动和噪声会增大其误差，使仪器的精准性不高，也会危害其使用寿命。振动和噪声是航空航天、武器装备和交通工具等工业需要解决的重要问题之一[57]。
减振降噪一种有效的方法是材料减振，依靠材料本身具有阻尼性能使振动能量被消耗掉来达成减振降噪的目标。
纯镁是一种阻尼性能很好的材料，但其强度低，塑性差，如果将纯镁应用于现代工业中，会产生许多安全隐患，例如：用纯镁金属材料制作飞机的机身或发动机，那么飞机会非常易于因强度不够而损坏，危及飞行人员的生命安全；在汽车制造业应用纯镁，汽车的使用寿命也会大大降低，驾驶人员的安全系数不高，不利于交通安全，所以纯镁不能直接作为结构件的材料，它的力学性能较差限制了其应用的范围。可以通过加入合金元素来提高纯镁的力学性能，但加入合金元素后，会对其阻尼性能有严重的损害，引起阻尼性能的大幅度下降，由于镁合金具有很多优良的性能，所以近年来，国内外对具有高强度高阻尼性能的镁合金的开发十分重视，强度高，阻尼性能好的镁合金成为国内外的研究热点问题，非常希望能够找到一种途径来消除镁合金力学性能与阻尼性能之间的冲突[811]。
含LPSO稀土镁合金是目前研究比较热门的一种合金化手段。有研究表明，LPSO相可以优化合金的力学性能，高密度的层错阻碍位错运动和堆垛周期的增加可以强化合金，同时由于非基面滑移而改善合金的伸长率。并且LPSO相结构和含量变化合金阻尼性能也会随之改变。如何优化镁合金中LPSO相结构及含量成为当今研究的热门。
1.2 镁及镁合金
镁是自然界分散地域最广的元素之一，在地球上储藏充足，我国具备充裕的镁资源，镁的产量也是居世界第一。镁主要以白云石等镁矿石资源存在于地壳中。镁是一种碱土金属元素，位于元素周期表ⅡA族，镁单质表面是银白色的，其相对原子质量为24.305；纯镁是经常使用的结构材料中质量最轻的材料，密度很低为1.738g/cm3，纯镁的微观结构为密排六方结构，晶格参数为a=0.3209nm,c=0.5211nm,其轴比c/a=1.6236；纯镁的体积热容比其他金属都低；镁的化学活性高，在介质如湿润的大气、海水、酸性物质中会产生腐蚀，在含水汽很少的大气、与水不相溶的汽油和碳酸盐中很稳定，在室温下，镁会与空气中的氧发生作用，在外表面产生一种薄膜，但氧化镁薄膜易脆，且不那么严密，所以抵抗腐蚀的能力不好；纯镁的强度低塑性差，但纯镁的阻尼性能优良[1215]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的背景及意义 1
1.2 镁及镁合金 2
1.3 镁及镁合金的应用 3
1.3.1 纯镁的应用 3
1.3.2 镁合金的应用 3
1.4 镁合金的分类 3
1.4.1 高强度镁合金 4
1.4.2 耐蚀镁合金 5
1.4.3 耐热镁合金 5
1.4.4 阻尼镁合金 6
1.5 镁合金的强化方式 8
1.5.1 固溶强化 8
1.5.2 沉淀析出强化 9
1.5.3 弥散强化 9
1.5.4 细晶强化 10
1.5.5 复合强化 10
1.5.6 镁合金中LPSO结构对镁合金的强化作用 10
1.6 稀土镁合金 10
1.6.1 稀土元素的分类及其作用 11
1.6.2 稀土镁合金的分类 11
1.6.3 长周期增强稀土镁合金 11< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
br /> 1.6.4 国内外研究现状 12
1.7 本课题研究内容 13
第二章 合金的制备和实验方法 14
2.1 合金成分的设计 14
2.2 合金的制备 14
2.2.1 实验的原材料 14
2.2.2 熔炼设备和所需药品 14
2.2.3 熔炼工艺 15
2.3 合金的组织结构表征 16
2.3.1 金相组织观察 16
2.3.2 X射线衍射(XRD)分析 16
2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)观察及EDS分析 16
2.4 合金的性能测试 16
2.4.1 力学性能测试 16
2.4.2 阻尼性能测试 17
第三章 实验结果及分析 19
3.1 铸态MgGdYZnZr合金金相组织分析 19
3.2 铸态MgGdYZnZr合金金相组成分析 21
3.3 铸态MgGdYZnZr合金SEM及EDS分析 22
3.4 铸态MgGdYZnZr合金力学性能分析 24
3.5 铸态MgGdYZnZr合金断口形貌分析 25
3.6 铸态MgGdYZnZr合金阻尼性能分析 25
结论 30
致谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1 课题的背景及意义
在现代工业如航空航天，军用武器装备以及交通运输等领域中，发展方向趋向于重量轻、速度快和功率大，所以由此带来的振动和噪声越来越成为一个难题。在国防军工业中，由于发动机还有高空急流的冲击，飞行器在高空飞行的时候会产生振动和因谐振响应，从而飞行器会产生十分剧烈的疲劳，影响着飞行时的可靠性和稳定性[14]。在民用工业中，车辆的传动动力装置由于振动的影响会危及车辆行驶速度和使用寿命，所以实现车辆的减振降噪是国内外汽车行业、大的整车制造企业和零部件制造企业的发展方向和目标。在船舶工业中，各种船在开动时动力装置会产生振动和噪音，严重影响了船舶定位的精准和人员的健康，而且潜艇的噪声对安全性有所妨碍，降低它的噪声可以降低被敌人声呐发现的概率。在仪器制造业，振动和噪声会增大其误差，使仪器的精准性不高，也会危害其使用寿命。振动和噪声是航空航天、武器装备和交通工具等工业需要解决的重要问题之一[57]。
减振降噪一种有效的方法是材料减振，依靠材料本身具有阻尼性能使振动能量被消耗掉来达成减振降噪的目标。
纯镁是一种阻尼性能很好的材料，但其强度低，塑性差，如果将纯镁应用于现代工业中，会产生许多安全隐患，例如：用纯镁金属材料制作飞机的机身或发动机，那么飞机会非常易于因强度不够而损坏，危及飞行人员的生命安全；在汽车制造业应用纯镁，汽车的使用寿命也会大大降低，驾驶人员的安全系数不高，不利于交通安全，所以纯镁不能直接作为结构件的材料，它的力学性能较差限制了其应用的范围。可以通过加入合金元素来提高纯镁的力学性能，但加入合金元素后，会对其阻尼性能有严重的损害，引起阻尼性能的大幅度下降，由于镁合金具有很多优良的性能，所以近年来，国内外对具有高强度高阻尼性能的镁合金的开发十分重视，强度高，阻尼性能好的镁合金成为国内外的研究热点问题，非常希望能够找到一种途径来消除镁合金力学性能与阻尼性能之间的冲突[811]。
含LPSO稀土镁合金是目前研究比较热门的一种合金化手段。有研究表明，LPSO相可以优化合金的力学性能，高密度的层错阻碍位错运动和堆垛周期的增加可以强化合金，同时由于非基面滑移而改善合金的伸长率。并且LPSO相结构和含量变化合金阻尼性能也会随之改变。如何优化镁合金中LPSO相结构及含量成为当今研究的热门。
1.2 镁及镁合金
镁是自然界分散地域最广的元素之一，在地球上储藏充足，我国具备充裕的镁资源，镁的产量也是居世界第一。镁主要以白云石等镁矿石资源存在于地壳中。镁是一种碱土金属元素，位于元素周期表ⅡA族，镁单质表面是银白色的，其相对原子质量为24.305；纯镁是经常使用的结构材料中质量最轻的材料，密度很低为1.738g/cm3，纯镁的微观结构为密排六方结构，晶格参数为a=0.3209nm,c=0.5211nm,其轴比c/a=1.6236；纯镁的体积热容比其他金属都低；镁的化学活性高，在介质如湿润的大气、海水、酸性物质中会产生腐蚀，在含水汽很少的大气、与水不相溶的汽油和碳酸盐中很稳定，在室温下，镁会与空气中的氧发生作用，在外表面产生一种薄膜，但氧化镁薄膜易脆，且不那么严密，所以抵抗腐蚀的能力不好；纯镁的强度低塑性差，但纯镁的阻尼性能优良[1215]。
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