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镁合金管件组织、高温力学性能及摩擦磨损行为的研究

李毓英  
【摘要】: 镁合金作为21世纪最有发展潜力的绿色轻质材料正在越来越受到广大科研工作者的关注。但是作为广泛使用的镁合金AZ91D,其高温性能却并不理想。本文通过几种方法来达到提高镁合金高温力学性能的目的:在镁合金AZ91D的基础上复合添加RE、Ca来进行合金化强化;提高Mg-Al-Zn合金元素Zn的含量,并研究了一种新型高锌镁合金;采用金属型、喷射沉积的方法制备管材挤压坯锭;采用等温挤压工艺制备镁合金管件。在此基础上研究了镁合金管的室温和高温(150℃和200℃)的力学性能,同时研究了三种挤压镁合金管的摩擦磨损性能。 研究表明,金属型坯锭AZ91D+RE+xCa(x=0.5%、1%、1.5%)镁合金挤压管的组织主要由α-Mg,Mg_(17)Al_(12),Mg_2Ca,Al_(11)La_3等相组成。随着含Ca量的增加,合金中第二相由颗粒状变为细长条状,给合金的高温性能带来不利的影响。试验条件下AZ91D-RE-xCa镁合金挤压管件在200℃时的抗拉强度σ_b均大于200MPa。在Mg-Al-Zn合金的基础上提高Zn含量降低Al含量,并添加Ca合金化后的Mg-8Zn-4Al-xCa镁合金,出现了一种细小的、新的金属间化合物相,阻碍了原粗大的Mg_(17)Al_(12)的析出。试验成分的镁合金管挤压态的伸长率随着温度的提高明显增大,可以用来实现镁合金管件在150℃~200℃进行弯曲等后续塑性加工。喷射沉积坯锭AZ91D+Ce+Ca挤压镁合金管室温的力学性能很高,但是高温性能很低。采用T6、T5处理来实现高温性能的提高。在200℃时,T6处理的抗拉强度和屈服强度都有了较大的提高。但对于伸长率来说在200℃时,挤压态和T5处理的相对较优。如果考虑到镁合金管的后续再加工,可以说在200℃的条件下,挤压态和T5态的镁合金管完全可以实现塑性变形。而且,T5态在200℃时的抗拉强度和屈服强度都好于挤压态的镁合金管。 研究了几种挤压镁合金管的摩擦磨损性能。结果表明,在低转数下AZ91D合金具有较低的摩擦系数、较小的磨损率,主要磨损形式为氧化磨损,而另两种合金的磨损机制主要是氧化磨损和磨粒磨损;在高转数下,喷射沉积坯锭的挤压镁合金管具有良好的摩擦磨损性能,磨损状况明显好于前两种合金。


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