Mg-Ce系合金的組織演變及其阻尼與力學(xué)性能的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展，儀器設(shè)備日益精密化、復(fù)雜化以及工作環(huán)境的多樣化，對(duì)降低能耗和減振降噪等提出了更為迫切的要求，輕量化與結(jié)構(gòu)功能一體化鎂材料將是今后發(fā)展的重點(diǎn)。當(dāng)前結(jié)構(gòu)功能一體化鎂合金材料的研究開發(fā)卻嚴(yán)重匱乏，國(guó)內(nèi)外學(xué)者大多針對(duì)鎂合金力學(xué)或單一功能特性進(jìn)行研究，研發(fā)同時(shí)兼具良好力學(xué)與阻尼特性的結(jié)構(gòu)功能一體化鎂合金材料卻很少。而且，現(xiàn)有高強(qiáng)高阻尼鎂合金一般含大量稀土元素、工藝控制復(fù)雜、生產(chǎn)成本高昂、加工困難，極大地限制了其規(guī)?；⒏咧?/p>

2、化、大宗化應(yīng)用。
　　針對(duì)以上現(xiàn)狀，本研究以Mg-Ce系合金為基礎(chǔ)，通過(guò)添加不同固溶度的非稀土元素（Mn、Zn、Sn），設(shè)計(jì)并制備Mg-X-Ce系高阻尼高強(qiáng)度鎂合金。采用合金化設(shè)計(jì)、擠壓變形與熱處理工藝協(xié)同耦合技術(shù)研究顯微組織演變及其對(duì)阻尼與力學(xué)性能的影響，以期通過(guò)調(diào)控第二相含量、分布，晶粒尺寸以及織構(gòu)強(qiáng)弱等微觀組織來(lái)實(shí)現(xiàn)Mg-X-Ce合金阻尼與力學(xué)性能的平衡優(yōu)化，歸納總結(jié)高阻尼高強(qiáng)度鎂合金的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，從而得到適合不同實(shí)際需求的低

3、成本結(jié)構(gòu)功能一體化新型鎂合金材料。
　　首先，研究了不同 Ce含量的 Mg-Ce二元合金的阻尼與力學(xué)性能。鑄態(tài)Mg-2Ce合金中出現(xiàn)了大量的長(zhǎng)直而平行的第二相組織，而其他三種合金中并沒有發(fā)現(xiàn)這種特殊的顯微組織。平行第二相的出現(xiàn)有利于合金的阻尼性能，在應(yīng)變?yōu)?0-3時(shí)阻尼值達(dá)0.084，這可能與位錯(cuò)密度的增加和應(yīng)力集中有關(guān)。擠壓變形后，合金的力學(xué)性能得到大幅度提高而應(yīng)變阻尼性能卻有所下降。綜合來(lái)看，擠壓態(tài) Mg-0.5Ce合金表現(xiàn)出

4、較好的綜合阻尼與力學(xué)性能，其屈服強(qiáng)度為356.7MPa，抗拉強(qiáng)度為357.6MPa，延伸率為5.8％，應(yīng)變振幅10-3時(shí)阻尼值Q-1為0.015。
　　其次，在Mg-0.5Ce的基礎(chǔ)上，研究Mn元素的添加對(duì)Mg-Ce合金顯微組織及其阻尼與力學(xué)的影響。結(jié)果表明， Mn不與其他元素形成第二相組織，鑄態(tài)Mg-Mn-Ce合金的阻尼性能幾乎不受Mn元素含量變化的影響。隨著Mn元素含量的增多，擠壓態(tài)Mg-Mn-Ce合金的強(qiáng)度與延伸率呈先增加而

5、后下降的趨勢(shì)。其中， J-MC3合金表現(xiàn)出良好的綜合力學(xué)性能，抗拉強(qiáng)度為339MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)330MPa，延伸率為11.2%。此外，Mn元素的添加在提高合金力學(xué)性能的同時(shí)能夠保持其阻尼性能不會(huì)下降。
　　再次，研究了較高固溶度的 Zn、Sn元素對(duì) Mg-Ce合金顯微組織及其阻尼與力學(xué)的影響。隨著Zn含量的增加，鑄態(tài)Mg-Zn-Ce合金的第二相組織從平行分布逐漸變?yōu)閺浬⒌木W(wǎng)狀分布，其阻尼性能整體較低。而隨高固溶度的Sn含量增多，

6、鑄態(tài)Mg-Sn-Ce合金的第二相組織呈整齊的平行分布，SC3合金表現(xiàn)出良好的阻尼性能，其比阻尼系數(shù)SDC達(dá)54%。擠壓后，Mg-Zn/Sn-Ce合金的阻尼性能都呈現(xiàn)出先上升而后下降的趨勢(shì)。其中，J-ZC2合金表現(xiàn)出良好的綜合力學(xué)與阻尼性能，其屈服強(qiáng)度為293MPa，抗拉強(qiáng)度314MPa，延伸率為6.1%，阻尼值Q-1為0.034。J-SC3合金也展現(xiàn)出良好的綜合性能，YTS=135MPa，UTS=227MPa，EL=8.9%和Q-1=0

7、.055。
　　最后，選取以上力學(xué)性能較高而阻尼性能相對(duì)較差的擠壓態(tài)Mg-X-Ce合金通過(guò)恰當(dāng)?shù)臒崽幚砉に囘M(jìn)行阻尼與力學(xué)的平衡優(yōu)化研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，第二相含量、形貌與晶界數(shù)量等作為強(qiáng)釘扎點(diǎn)是影響合金阻尼與力學(xué)性能的重要因素。熱處理工藝可以有效改善Mg-Zn/Mn-Ce合金的顯微組織，使得合金的阻尼性能大幅提高而力學(xué)性能卻有所下降。經(jīng)350℃x4h熱處理后制備得到了綜合性能優(yōu)良的TJ-ZC1合金，即YTS=201MPa，UTS=2