Mg-9Al-9Zn镁合金的制备及热处理组织性能研究-开题报告
SHAANXI SCI-TECH UNIVERSITY 本科毕业设计 开题报告 题 目M舟9Al-9Zn镁合金的制备及热处理组织性能研究 学生姓名李晨 学号 学 院材料科学与工程学院 专业班级金属1303 指导教师宋佩维 2017年3月18日 题目Mg-9Al-9Zn镁合金的制备及热处理组织性能研究 一、选题的目的及研究意义 地球上镁的资源是十分丰富的,我国的菱镁矿的储存量占世界第一,但其开发利 用远没有铁、铜、铝等金属成熟E。纯镁的优点很多,但是强度和硬度太低,不能直 接使用。因此,在倡导新能源的时代背景下,加速开发和利用镁合金显得尤为重要。 金属镁及其合金是目前工业上可应用的最轻的金属结构材料,具有密度小、比强度高、 比刚度高、尺寸稳定的特点,也有电磁屏蔽好以及良好的切削加工性能、充型流动性 及易回收,无污染等一系列优点,被誉为“21世纪绿色环保工程材料”⑵。广泛用于 航空航天、汽车、通讯电子和医疗机械等行业。尤其在航空航天上轻量化材料的要求, 还有各种发动机的壳体盖和前支撑壳体等。 二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等 1. 研究现状 Mg-Al基合金应用于工商业能基本普遍满足人们对轻质合金的要求,如常用的 AZ91、AM60和AM50合金,但当温度高于100°C时都倾向于过度变形,这是由于 MguAln在晶界处不连续沉淀。新开发的AS和AE系列耐热镁合金具有良好的高温力 学性能,但铸造性能差或成本高限制了它们的广泛应用。Mg-Zn-Al系合金是一种能够 满足以上要求的、很有发展前景的镁合金。此合金的第一次发现是在上世纪70年代的 一次检测中,发现其具有良好的铸造性能和很好的抗热裂纹性能,而后没有做出更进 一步的调查,直至近五年汽车工业日新月异的发展⑶。目前,国内外围绕Mg-Zn-Al 系镁合金的设计(Zn/Al比值、合金化或微合金化等)、组织及性能控制、热处理强 化等方面已经开展了许多卓有成就的研究工作,并取得了许多研究成果。 2. 发展趋势 耐热镁合金的研究前沿逐步从航空、航天、军事领域向汽车(包括轨道车辆)、 电子、通信行业转移;由于能源危机和环保问题日益突出,车辆轻量化的要求大大促 进了耐热镁合金的发展。国外近年来镁合金在汽车制造中的应用逐步增长,但我国在 这方面的开发刚刚起步。国内一些镁合金生产厂家强烈要求开发镁合金型材的成型加 工技术,国家科技部也加快开发这方面的高新技术,并列为国家“十五”攻关项目。虽 然中国是镁材料大国,但在开发高性能耐热镁合金上仍很欠缺,开发具有自主知识产 权的高性能耐热镁合金是镁合金研究者的努力方向⑷。随着环保和节能意识的增强, 材料研究者和产品设计者愈来愈重视产品的轻量化和可回收等问题。作为目前最轻的 工程金属材料,被誉为“21世纪绿色工程材料”的镁合金应用成为材料研究和应用界的 关注热点。目前,中国兴起了一股镁合金的研究、生产和应用的开发热潮。目前,镁 合金的研究趋势:(1)以追求轻量化(高比强度)的室温用镁合金为研究目标;(2)追求 高模量和高强度的颗粒或短纤维增强镁基复合材料的研究;(3)追求高温性能的耐热镁 合金的研究。 3. 研究方法 目前,研究AZ系镁合金的主要方法有以下几种⑸: (1)用XRD分析物相; (2)用SEM观察断口形貌; (3)用拉伸实验研究合金的力学性能; (4)用TEM进行微观观察与分析。 耐热镁合金常用的热处理方法主要有: (1)固溶处理(T4) 镁合金经固溶处理提高其抗拉强度和拉伸率; (2)固溶处理+人工时效(T6) 固溶处理后进行人工时效可提高镁合金的塑性和韧性; (3)其它方法 4. 应用领域 镁合金广泛用于航空航天、汽车、通讯电子和医疗机械等行业,成为替代铝合金、 钢铁和工程塑料的重要选材。(1)在国防工业的应用:现代战争需要军队具有远程快 速部署运动的能力,要求武器装备轻量化,在手持式武器、装甲战车、运输车、航空 制导武器上将大量采用轻金属材料,轻量化是提高武器装备作战性能的重要方向。(2) 在钢铁工业的应用:镁目前主要用于冶金工业的铸造、钢铁脱硫等。(3)镁在汽车工 业的应用:镁是最轻的结构金属材料之一,又具有比强度和比刚度高、阻尼性强和切 削性好、易于回收等优点。国内外将镁合金应用于汽车行业,以减重、节能、降低污 染,改善环境[6]o (4)镁牺牲阳极作为有效防止金属腐蚀的方法之一:可广泛用在地 下铁制管道、石油管道、储罐、海上设施、民用等。(5)新材料开发和成型技术方面 三 对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法(技 术路线)或设计(实验)方案进行说明 1. 本课题要解决的主要问题 (1)研究铸态Mg-9Al-9Zn镁合金的制备; (2)研究铸态合金的相组成及组织形态; (3)研究铸态合金的室温力学性能; (4)研究热处理工艺对铸态合金的组织及室温力学性能的影响规律。 2. 拟采用的研究方法口 (1)用X射线衍射仪研究铸态Mg-9Al-9Zn镁合金的相组成物; (2)用光学金相显微镜观察铸态Mg-9Al-9Zn镁合金的组织形态; (3)用拉伸实验研究挤压态铸态Mg-9Al-9Zn镁合金的力学性能; (4)研究不同固溶处理工艺下铸态Mg-9Al-9Zn镁合金的组织形态及力学性能。 固溶(T4)工艺方案: a. 350°Cx8h,水冷;350°Cxl2h,水冷;350°Cxl6h,水冷; b. 330°Cx8h,水冷;330°Cxl2h,水冷;330°Cxl6h,水冷; c. 310°Cx8h,水冷;310°Cxl2h,水冷;310°Cxl6h,水冷。 固溶+时效处理(T6)工艺方案: a. 350°Cx8h,水冷 +180°Cx8h,空冷;350°Cx8h,水冷 +180°Cxl2h,空冷; 350°Cx8h,水冷 +180°Cxl6h,空冷; b. 330°Cx8h,水冷 +160°Cx8h,空冷;330°Cxl2h,水冷+160°Cxl2h,空冷; 330°Cxl6h,水冷 +160°Cxl6h,空冷; c. 310°Cx8h,水冷 +140°Cx8h,空冷;310°Cxl2h,水冷 +140°Cxl2h,空冷; 310°Cxl6h,水冷 +140°Cxl6h,空冷。 3. 论文写作提纲 (1)任务书 (2)中英文摘要 ⑶目录 (4)引言(本课题研究的目的研究现状及发展趋势研究内容及技术路线) (5)正文(实验内容与方法、实验材料与设备、分析测试、实验结果、分析与讨论) (6)结论 (7)致谢 (8)参考文献 四 检索与本课题有关参考文献资料的简要说明 [1] 曾小勤.镁合金的开发与应用[J].化工科技,2000-03 (1) :3-5, [2] 高洪涛,吴国华,丁江文.镁合金力学性能的研究与展望[J].特种铸造与有色合金,2003-8(12): 61-63. [3] 陈建华.耐热镁合金[M].北京.化学工业出版社,2007. [4] 刘政军。固