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《中南大学》 2002年
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稀土变形镁合金组织性能及加工工艺研究

余琨  
【摘要】:论文以高性能变形镁合金材料作为研究方向,以稀土元素对变形镁合金影响为主要研究内容,以具有代表性的Mg-Al-Zn系AZ31、AZ61合金、Mg-Zn-Zr系ZK60合金为基础,对变形镁合金材料的合金成分—组织结构—变形行为—性能变化—材料应用之间的相互关系和作用规律进行了较深入系统的研究, 论文主要内容为研究镁合金熔炼铸造过程中化学反应及控制,铸锭细晶化与均质化原理和工艺,探讨镁合金不同压力加工条件下的变形行为及热处理对组织性能的影响规律,同时研究稀土元素对变形镁合金腐蚀性能的影响。结合镁合金加工工艺和腐蚀行为研究,在国内首次研制出鱼雷动力电池用镁合金负极薄板材料。 在对镁合金相图分析和镁合金熔体化学反应自由能计算的基础上,明确了La、Ce、Nd、T等几种稀土元素在镁熔体中化学反应剧烈程度。根据碱土金属卤盐性质分析,针对不同镁合金系列,制备了抗氧化、阻燃效果优良的镁合金熔剂。特别是专用于含稀土的镁合金熔剂可以有效地减少稀土损失,稀土的收得率达90~97%,国内外均未见有报道。 首次系统地研究了在无法采用Zr细化晶粒的Mg-Al系合金中,加入适量稀土元素使铸锭晶粒细化的机理与工艺。在同等凝固条件下,可使纯镁结晶时粗大的柱状晶完全转变成细小的等轴晶,并使Mg-Al系AZ31合金晶粒平均尺寸从300μm细化到约30μm,晶粒细化效果明显。 提出了稀土元素细化镁及Mg-Al合金铸造组织的主要机理是:由于稀土元素的加入,使凝固过程中固/液界面前沿成分过冷度增大。 研究了添加微量稀土元素的Mg-Al-Zn合金轧制变形和退火过程中合金力学性能与组织演变规律,结果表明微量稀土元素可以同时提高Mg-Al-Zn合金强度和延伸率。利用变形与热处理工艺合理组合,获得5~20μm的细小再结晶晶粒。提出了镁合金在热变形过程中可以有多种变形机制共同作用的新观点。在40~50μm的大晶粒中,变形机制以滑移和孪生为主,而在5~20μm的小晶粒中,晶界滑动机制发挥了重要作用,它可以协调大尺寸晶粒的变形,对提高镁合金变形能力起有益的补充作用。 系统研究了Mg-6%Zn-0.7%Zr-0.8%Nd和Mg-2.8%Ce-0.7%Zn-0.7%Zr合金高温塑性变形及动态再结晶行为。结果表明:含稀土镁合金在热变形过程中不同温度和应变速率下流变应力呈现不同形式。在较高温度下(473K以上),动态再结晶成为影响材料变形行为以及组织与性能的关键因素。 Mg-2.8%Ce-0.7%Zn-0.7%Zr合金热变形过程中流变应力变化形式与Mg-6%Zn-0.7%Zr-0.8%Nd合金相似。计算发现:由于镁合金中稀土第二相的存在,显著提高了材料在热变形过程中的应力指数、峰值应力和变形激活能,说明稀土变形镁合金Mg-Ce-Zn-Zr具有更高的耐热性能,丰富了稀土提高镁合金耐热性能的理论。 中南大学博士学位论文摘要 Mg一‘%zn一口.7%zr一口.8%入甘合金高温热变形中形成的动态再结晶晶粒平均尺寸细小,仅 5一loom.几才宫一2、8%ce一口.7%zn一口.7%zr和彻烤一2.8%八万一口.7%z。一口.7%Zr合金动态再结晶晶粒 平均尺寸20一50 pm。具有较好的挤压变形能力和热处理强化能力,室温、高温综合性能优 良。 研究了微量稀土元素提高材宫一AI一Zn、例宫一Zn·Zr系合金耐蚀性能的作用机理。 在充分挖掘镁合金热处理潜力基础上,.在镁合金轧制过程中成功地开发出90。换向 热、温轧和冷轧工艺,制备出性能均匀的鱼雷电池用镁合金阳极特薄(0.3Omm)板材,综 合电化学性能优良。该材料被用户单位确定为昂贵进口产品的替代材料,将装备我国某型号 重型鱼雷动力电池。填补了国内空白,满足了军工需求。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TG113

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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4 齐福刚;张丁非;兰伟;徐杏杏;石国梁;赵霞兵;;ZM71-xCe镁合金显微组织和力学性能[J];稀有金属材料与工程;2013年01期
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10 陈健美;张新明;邓运来;肖阳;熊创贤;蒋浩;;镁合金熔炼的热力学[J];中南大学学报(自然科学版);2006年03期
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5 付彬国;Mg-Zn-Y-Zr合金微观组织与力学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
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7 叶呈武;Yb对ZK31镁合金室温组织与力学性能的影响[D];中南大学;2005年
8 王银娜;稀土元素对ZK60合金组织性能和热变形行为的影响[D];中南大学;2004年
9 郑水云;Mg-Zn-Y合金的组织与力学性能研究[D];西安理工大学;2006年
10 张韧;高Al含量镁合金的Nd、Ce变质处理和组织演变研究[D];西安理工大学;2006年
【参考文献】
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8 李瑛,宋光铃,林海潮,曹楚南;金属镁在腐蚀介质中界面结构特征与负差数效应关系研究[J];腐蚀科学与防护技术;1999年04期
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【共引文献】
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3 李洪;刘洋;;新型复合熔剂对AZ91镁合金组织和力学性能的影响[J];四川有色金属;2008年03期
4 孙向东,孙旭东,王庆,张慧波,叶邦格,姜俊,胡萍,蒋旭娇;异辛酸稀土改性MC尼龙的研究[J];工程塑料应用;2004年01期
5 韩福生;董烈钢;;硼对铬系白口铸铁组织与性能的影响[J];安徽工学院学报;1990年03期
6 欧寿铸;陈建明;;铸件凝固过程的水力学模型及其应用[J];安徽工学院学报;1990年04期
7 吕布,吴培云;Ln_2O_3/x-13分子筛担载型催化剂在合成DOP中的催化活性[J];安徽化工;2000年02期
8 刘荣梅;马桂林;丁玉洁;卢小军;;纳米(CeO_2)_(0.86)(Sm_2O_3)_(0.14)的形貌控制与表征[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2009年01期
9 王守柱,陈其瑞;Ln_2O_3/x-13分子筛担载型催化剂的制备及其在合成DOP中的催化活性[J];安徽机电学院学报(自然科学版);1999年02期
10 侯晓梅;化学镀镍-磷非晶态合金的阳极行为及钝化特性[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2000年02期
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1 孟卫华;郭伟国;孔德栓;朱泽;;高强结构钢DH-36的拉伸塑性流动特性及本构关系[A];塑性力学新进展——2011年全国塑性力学会议论文集[C];2011年
2 刘兰俊;郭蕾蕾;祖方遒;魏传颖;;熔体结构对Bi-20%Sb合金凝固行为及组织的影响[A];2011年安徽省科协年会——机械工程分年会论文集[C];2011年
3 郑环宇;赖勤志;范立双;安茂忠;;镀锌层无铬钝化工艺的研究[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
4 国栋;杨中东;樊占国;;表面金属化处理后的镁合金化学镀镍[A];2007(第13届)全国电子电镀学术年会暨绿色电子制造技术论坛论文集[C];2007年
5 冯丽芳;闫焉服;郭晓晓;赵培峰;宋克兴;;BiSbCuSn高温无铅软钎料物理性能及润湿性能研究[A];2008中国电子制造技术论坛论文集[C];2008年
6 刘政军;苏允海;;M_7C_3的形态分布对铁基复合层耐磨性能的影响[A];创新沈阳文集(A)[C];2009年
7 颜晓峰;韩光炜;裴丙红;刘万生;邓波;;热处理工艺对一种Ni-Cr-Fe基合金组织和性能的影响[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
8 邹龙江;高路斯;侯晓多;;M12奥氏体不锈钢螺栓断裂失效分析[A];2011年全国失效分析学术会议论文集[C];2011年
9 傅志强;潘宏伟;陈广志;王建;孟凯;侯书健;;40CrNiMo钢齿轮轴断裂原因分析[A];2011年全国失效分析学术会议论文集[C];2011年
10 吴志生;高珊;刘翠荣;靳鹏飞;;5A06铝合金焊接接头深冷强化机理研究[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴林;镁锂基合金在NaCl溶液中电化学行为的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘晓兰;镁合金化学转化膜成膜机理及其载波改性的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 常雪婷;海洋优势菌种附着腐蚀Fe_3Al及其复合材料界面与机理研究[D];中国海洋大学;2010年
4 王爱萍;改性纳米二氧化钛薄膜制备及其在模拟海水中光生阴极保护性能研究[D];中国海洋大学;2010年
5 邹妍;海水中锈层覆盖碳钢的腐蚀电化学行为研究[D];中国海洋大学;2010年
6 徐开东;镁合金高能表面强化研究[D];华中科技大学;2010年
7 陈振宇;基于原子力显微镜和电化学方法的缓蚀剂机理研究[D];华中科技大学;2010年
8 蔡春波;1050铝合金形变和再结晶过程中的织构演变研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
9 武淑艳;固相再生AZ31B镁合金的组织性能及氧化相表征[D];哈尔滨理工大学;2010年
10 郭磊;车用动力总成结构振动噪声的虚拟预测与分析技术研究[D];浙江大学;2009年
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1 董翠粉;快速凝固Al-Fe-Y/La合金组织和性能的研究[D];河南理工大学;2010年
2 王锦永;FeCoNiCr基多主元合金的定向凝固组织演化及电化学腐蚀行为[D];河南理工大学;2010年
3 王强;薄壁球铁的组织及力学性能研究[D];河南理工大学;2010年
4 王茜;时效处理对快速凝固Cu-Cr合金组织性能的影响[D];河南理工大学;2010年
5 姜丽红;功率超声对流动A356熔体半固态组织的影响研究[D];南昌航空大学;2010年
6 李含建;SiC_p/AZ91D复合材料真空气压浸渗机理及界面结构研究[D];南昌航空大学;2010年
7 李娟;钛合金基于m值的高效超塑性成形机制研究[D];南昌航空大学;2010年
8 李新义;红壤土壤腐蚀直接、连续监测技术的研究[D];南昌航空大学;2010年
9 梁健能;室内模拟实验研究AZ91D镁合金的腐蚀行为[D];南昌航空大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘静安,温育智;稀土在有色金属工业中的开发与应用[J];四川有色金属;2002年04期
2 刘静安,温育智;稀土在有色金属工业中的开发与应用[J];四川有色金属;2003年01期
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中国重要会议论文全文数据库 前5条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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10 王春明;基于多传感器的激光焊接质量实时诊断及其理论基础[D];华中科技大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 吕文泉;王锦程;杨跃双;李俊杰;;高强镁合金的研究现状及发展趋势[J];材料导报;2012年05期
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5 余琨;蔡志勇;王晓艳;史褆;黎文献;;半连续铸造AZ31B镁合金连续热轧变形行为的数值模拟[J];材料工程;2010年09期
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7 高声远;张志强;乐启炽;贾征;崔建忠;;MgCO_3在AZ31镁合金中的细化效果及机理[J];材料科学与工艺;2011年03期
8 沈远香;张秀蓉;罗明文;;高性能稀土镁合金的研发现状及应用[J];四川兵工学报;2008年05期
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 李建弘;李全安;谢建昌;王小强;张兴渊;;稀土耐热镁合金的开发与应用[A];2007高技术新材料产业发展研讨会暨《材料导报》编委会年会论文集[C];2007年
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6 任政;变形镁合金强韧化与电磁—悬浮连铸技术的研究[D];大连理工大学;2009年
7 王明涛;相场法对AZ31镁合金再结晶过程实现真实时空模拟的研究[D];东北大学 ;2009年
8 李明照;AZ31-xNd镁合金熔炼、组织与性能的研究[D];太原理工大学;2009年
9 高岩;Mg-Y-Gd-Zn-Zr镁合金组织、性能及其蠕变行为研究[D];上海交通大学;2009年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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6 谷松伟;AZ31镁合金合金化及外场细晶强韧化机理研究[D];大连理工大学;2011年
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1 蒋香泉;;变形镁合金[J];轻合金加工技术;1974年01期
2 鲁立奇;;MB25高强度变形镁合金科研鉴定会在福州召开[J];航空材料;1983年03期
3 王智文,张治民,王强,张宝红;AZ31变形镁合金等温变形力学特性的研究[J];机械工程与自动化;2005年01期
4 李红斌,姚广春,刘宜汉,吉海滨;超轻Mg-Li-Al系变形镁合金冷轧及热处理后的组织和性能[J];功能材料;2005年04期
5 余琨,黎文献,王日初,马正青;变形镁合金的研究、开发及应用[J];中国有色金属学报;2003年02期
6 麻彦龙,潘复生,左汝林;高强度变形镁合金ZK60的研究现状[J];重庆大学学报(自然科学版);2004年09期
7 关学丰;钕对超轻变形镁合金塑性的影响[J];稀土;1985年01期
8 范靖亚;张淑珍;张红梅;;高密度变形镁合金的研究[J];轻合金加工技术;1990年10期
9 李姗;王伯健;;变形镁合金的研究与开发应用[J];热加工工艺;2007年06期
10 王迪瓒;;MB25高强稀土变形镁合金在飞机上的应用研究[J];航空材料;1986年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 赵辉;彭晓东;王艳光;;变形镁合金的塑性改善研究现状[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
2 张红菊;张丁非;段作衡;;Nd含量对ZM61变形镁合金组织和力学性能的影响[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
3 韩恩厚;王俭秋;;镁合金的腐蚀疲劳损伤研究[A];第十四届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2008年
4 戚文军;黄正华;郑开宏;张新明;刘敏;余志明;黄志其;;Gd对ZK60变形镁合金组织与力学性能的影响[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
5 王习术;靳丽;;大变形镁合金晶粒表面滑移机理SEM原位观测试验研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
6 张丁非;齐福刚;徐杏杏;;Ce及热处理对Mg-Zn-Mn变形镁合金显微组织和力学性能的影响[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
7 吴玮;严铿;徐晓菱;徐元泽;唐全波;;变形镁合金的固相焊接技术[A];第十一次全国焊接会议论文集(第1册)[C];2005年
8 曹辉;郝仪;张文凤;高波;涂赣峰;郝胜智;董闯;;电子束表面改性对变形镁合金AZ31结构和性能的影响[A];2010全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集[C];2010年
9 任凤章;刘平;田保红;刘勇;;变形镁合金研究现状[A];第三届中国热处理活动周暨第六次全国热处理生产技术改造会议论文专辑[C];2005年
10 范亚夫;陈捷;宁俊生;王荣;王智慧;乔光利;纪伟;;变形镁合金材料抗弹性能实验研究[A];第八届全国爆炸力学学术会议论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 夏德宏;变形镁合金的铸造技术[N];中国有色金属报;2011年
2 汪恒玉;“变形镁合金板材加工技术研究”专题通过行业验收[N];中国有色金属报;2009年
3 苏杭;变形镁合金开始取代塑料[N];中国有色金属报;2002年
4 本报记者 叶 军 通讯员 汪恒玉;洛铜攻克世界性难题变形镁合金技术 [N];中国工业报;2005年
5 夏德宏;变形镁合金的熔炼技术[N];中国有色金属报;2011年
6 汪恒玉 马从峰;洛铜变形镁合金生产技术荣获科技二等奖[N];中国有色金属报;2006年
7 赵志伟 汪恒玉;洛铜变形镁合金板材走进波音飞机[N];中国有色金属报;2006年
8 本版策划 王秀萍 本版撰稿 杨素英 郭强;群贤毕至太原 描绘世界“镁都”[N];山西经济日报;2008年
9 白燕;我区已具备特殊镁合金生产能力[N];宁夏日报;2008年
10 马鸣图 刘英;汽车轻量化和镁合金的应用[N];中国有色金属报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵亚忠;高塑性稀土变形镁合金的研究[D];重庆大学;2010年
2 胡红军;变形镁合金挤压-剪切复合制备新技术研究[D];重庆大学;2010年
3 葛茂忠;AZ31B变形镁合金及其焊接件激光冲击处理研究[D];江苏大学;2013年
4 余晖;变形镁合金的挤压工艺及其组织和力学性能的研究[D];山东大学;2012年
5 石国梁;Mg-Zn-Mn系变形镁合金强化机理研究[D];重庆大学;2011年
6 齐福刚;Sn和Ce对Mg-Zn-Mn高强变形镁合金组织和性能的影响[D];重庆大学;2012年
7 任政;变形镁合金强韧化与电磁—悬浮连铸技术的研究[D];大连理工大学;2009年
8 马玉涛;变形镁合金电磁搅拌悬浮铸造与合金强化技术研究[D];大连理工大学;2009年
9 冯中学;压缩变形对AZ61镁合金组织的影响[D];重庆大学;2012年
10 刘彬;镁合金专家系统的开发研究[D];重庆大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 严楷;变形镁合金自孕育凝固近终形铸造过程及机理研究[D];兰州理工大学;2011年
2 关峰;氧化铈原矿还原铈制备含铈变形镁合金的研究[D];吉林大学;2011年
3 徐航;氧化镧制备含镧变形镁合金的组织性能研究[D];吉林大学;2012年
4 刘敏娟;稀土元素对AZ31变形镁合金组织和性能的影响[D];太原科技大学;2010年
5 嵇文青;变形镁合金低周疲劳行为研究[D];南京理工大学;2013年
6 于龙;铈—镧混合稀土氧化物制备AZ31变形镁合金的方法研究[D];吉林大学;2013年
7 周茹玎;MgAl基变形镁合金再结晶组织与织构的演变[D];大连理工大学;2013年
8 陈新;变形镁合金形变热处理组织性能研究[D];南京理工大学;2012年
9 屈娟;EW75变形镁合金热处理及后续变形行为研究[D];北京有色金属研究总院;2013年
10 张旭峰;稀土Er对ZK21变形镁合金组织和性能的影响[D];重庆大学;2010年
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