往复挤压mg-gd二元合金强化机制研究-study on strengthening mechanism of reciprocating extrusion mg - gd binary alloy.docx

上海交通大学硕士学位论文 上海交通大学硕士学位论文 万方数据 万方数据 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文《往复挤压 Mg-Gd 二元合金的 强化机制研究》，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的 个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 II 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 必威体育官网网址□，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不必威体育官网网址□。 （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： III日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 III 往复挤压 Mg-Gd 二元合金强化机制研究 摘 要 本文以 Mg-1Gd（0.73wt.%Gd），Mg-4Gd（3.62wt.%Gd）二元合 金和纯镁为研究对象，采用金相显微技术（OM）、电子背散射技术 （EBSD）、扫描电子显微技术（SEM）和室温拉伸试验研究了晶粒尺 寸，位向角，织构类型和强度等随着往复挤压道次和温度的演变规律； 探讨了晶粒尺寸，织构类型以及稀土元素（Gd）对往复挤压镁合金的 强塑性的影响规律，获得如下结果： 细晶强化是镁及镁合金往复挤压后性能提高的主要原因之一。纯 镁在 350℃往复挤压 2 道次后，组织均匀，晶粒尺寸由约 2×5mm 的柱 状晶下降为 50μm 左右的等轴晶，屈服强度由初始的 12MPa 提高到 60MPa，随着往复挤压温度的下降，晶粒尺寸显著降低，屈服强度明 显提高，不同温度（250℃，350℃，450℃）下往复挤压 2 道次的纯镁 其 屈 服 强 度 和 晶 粒 尺 寸 之 间 满 足 Hall-Petch 关 系 ， 可 表 述 为 1 2σs = 5.4 + 338.6d? 。 2 Mg-Gd 二元合金 350℃往复挤压 2 道次后，组织由粗大的拉长晶 粒和细小的再结晶晶粒共同组成，Mg-1Gd 和 Mg-4Gd 合金的平均晶粒 度分别为 12μm 和 10μm 左右。随着往复挤压道次的增加，组织均匀 性增加，晶粒进一步细化，屈服强度和延伸率均显著上升。当挤压道 次增加到 8 时，Mg-Gd 合金中组织以细小的再结晶晶粒为主，Mg-1Gd 和 Mg-4Gd 合金的平均晶粒尺寸分布降为 2μm 和 1.5μm，屈服强度 分别由初始状态的 20MPa 和 30MPa 提高到 181MPa 和 240MPa。在 350℃ 下往复挤压 2,4,8 道次的 Mg-1Gd 和 Mg-4Gd 合金的屈服强度和晶粒尺 21 2 寸之间分别满足 σs = 135.3 + 61.3d? 1 2和 σs = 118.2 + 144.4d? 。 2 织构的类型和强度对往复挤压镁合金强韧化的有着重要影响。经 350℃往复挤压后，随着挤压道次的增加，纯镁的晶粒尺寸无明显变化， I 而屈服强度随道次增加而下降，延伸率随之上升，这主要是由织构的 软化引起的。随往复挤压道次的增加，纯镁的织构强度增加，其{0001} 基面与挤压方向的夹角由 25°逐渐转到 40°左右，基面滑移系的 Schmid 因子和织构强度呈正相关，使得基面滑移随道次的增加而变得 容易。350℃往复挤压后，Mg-1Gd 合金呈现基面与挤压方向成 40°~60° 的夹角的织构。其基面滑移系的 Schmid 因子和织构强度呈负相关，织 构的强度增强，基面滑移变得困难，导致材料的屈服强度上升而延伸 率下降。Mg-1Gd 合金在往复挤压 4 道次后，其组织较 2 道次时显著 细化，而延伸率却较后者出现下降，主要是由于变形 4 道次后，织构 强度增强，基面滑移系的 Schmid 因子显著下降。 Gd 元素的加入对镁合金性能的提升显著，Mg-1Gd 和 Mg-4Gd 二 合金获得了显著的固溶强化效应，随着 Gd 含量上升，屈服强度显著 上升，延伸率下降。 在往复挤压过程中，固溶在镁基体中的 Gd 原子延缓了动态再结 晶进程，有效地细化了动态再结晶晶粒，同时改变了织构类型，弱化 了织构强度，从而使镁-Gd 二元合金的强度和塑性都获得了显著增强。 关键词：镁，往复挤压，晶粒尺寸，织构，力学性能 II THE STRENGTHENING MECHANISM OF CECED MG