1、2003級博士研究生開題報告準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為博士生：盧 慶 亮 導(dǎo) 師：閔 光 輝 山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 第1頁，共25頁。1. 引言 2. 研究現(xiàn)狀3.選題意義4. 研究內(nèi)容5.實驗方案及技術(shù)路線 6. 可行性分析7.預(yù)期創(chuàng)新點準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為8.進度安排報 告 內(nèi) 容第2頁，共25頁。1 引 言1.1 鎂合金的特點 優(yōu)點：高比強度、比剛度、減震與吸波 缺點：強度較低、高溫性能差 、低塑變性能1.2 準(zhǔn)晶 1984年，Shechtman等在Al-Mn合金發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶 存在穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)晶的合金系 Al-Pd-(Fe, Ru, Os) Al-C

2、u-(Li, Fe, Co) Zn-Mg -(Ga, Y, Tb, Dy, Ho, Er, Sc) 性能：高硬度、高強度、室溫脆性與高溫超塑性 鎂基準(zhǔn)晶合金準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為第3頁，共25頁。 2 研 究 現(xiàn) 狀2.1 完全準(zhǔn)晶合金1993年，羅治平等 （Y，RE）-Mg-Zn合金準(zhǔn)晶的表征1995年，羅治平等 慢速冷卻Mg-Zn-Y合金 準(zhǔn)晶相 近似相 (Mg7Zn3)1998年，F(xiàn)isher等，大塊二十面體Zn-Mg-Y準(zhǔn)晶鎂基準(zhǔn)晶開創(chuàng)性研究完全準(zhǔn)晶本質(zhì)脆性的限制準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為第4頁，共25頁。 圖1 鑄態(tài)合金SEM組織 （a） Mg

3、74Zn26,（b） Mg72.5Zn25.5Y2 2.2 部分準(zhǔn)晶合金2000年, D.H.Kim Mg-Zn-Y 合金 -Mg和二十面體準(zhǔn)晶 2001年, Mg-Zn-Y三元合金系 準(zhǔn)晶相的形成范圍。水冷銅模直徑15mm高50mm準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為第5頁，共25頁。 2.3 其它部分準(zhǔn)晶的鎂基合金 德國學(xué)者：壓鑄ZA85合金 晶界穩(wěn)定準(zhǔn)晶相形成 指出準(zhǔn)晶相的形成與冷卻速度有關(guān)李衛(wèi)紅： Mg-Zn-Al 合金 晶界準(zhǔn)晶相張少卿等：MB25鎂合金 鑄態(tài)合金晶界上準(zhǔn)晶相形成 Mg24Y5相在晶內(nèi)彌散分布 實用性研究準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為第6頁，共2

4、5頁。 2.4 尚待探明的問題準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為 1. Mg-Zn-Y合金相組成與相形成尚未明晰 2. Mg-Zn-Y合金準(zhǔn)晶相形成機理尚未明晰 3. 熱處理Mg-Zn-Y合金相析出機制的分歧4. 如何改善Mg-Zn-Y合金晶界準(zhǔn)晶相分布鎂合金的塑性變形工藝第7頁，共25頁。 2.5 大塑性變形工藝（SPD） 作用：細化晶粒，超細晶 1m 顯著提高力學(xué)性能 分類：等通道角擠壓（ECAP） 累積軋制連接（ARB） 高壓扭轉(zhuǎn)變形（HPTS）圖2 ECAP擠壓工藝示意圖Pressure=90準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為 ECAP的優(yōu)勢 Mg合金塑變行為 基體

5、晶粒超細化 準(zhǔn)晶粒子分布均勻化 大尺寸棒（板）材新型Mg合金基復(fù)合材料第8頁，共25頁。1. 常規(guī)鑄造工藝 、部分準(zhǔn)晶相 、大尺寸 實用化 2. 含準(zhǔn)晶相鎂合金的大塑性變形 晶粒細化，準(zhǔn)晶彌散化3. 晶界準(zhǔn)晶相的形成機理4.準(zhǔn) 晶 相 的析出及其熱 穩(wěn) 定 性3. 選 題 意 義尚無相關(guān)研究準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為第9頁，共25頁。4. 研 究 內(nèi) 容1.Mg-Zn-Y合金的成分設(shè)計與準(zhǔn)晶形成機制3.熱處理過程中準(zhǔn)晶相的析出與熱穩(wěn)定性2.凝固條件、準(zhǔn)晶相的體積分?jǐn)?shù)及微觀組織控制 4. ECAP工藝及宏觀/微觀組織演變5. ECAP晶粒細化機制及準(zhǔn)晶粒子強化機制準(zhǔn)晶相增強Mg

6、-Zn-Y合金的大塑性變形行為第10頁，共25頁。5.1 技術(shù)路線組織表征與性能測試強化機制DTA實驗熱處理工藝ECAP工藝液淬處理準(zhǔn)晶相形成機理熔煉、澆鑄合金成分設(shè)計急冷甩帶準(zhǔn)晶相熱穩(wěn)定性準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為5. 實驗方案及技術(shù)路線第11頁，共25頁。5.2 實驗方案 準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為合金成分設(shè)計Mg-Zn-Y合金熱處理工藝井式熱處理爐 573K 24h 準(zhǔn)晶相的析出 773K 2h 準(zhǔn)晶相的穩(wěn)定性熔煉、澆鑄DTA實驗液淬處理感應(yīng)熔煉爐電阻熔煉爐急冷甩帶單輥急冷制帶設(shè)備定向凝固裝置準(zhǔn)晶相形成機理ECAP工藝120噸壓力機ECAP模具準(zhǔn)晶相的

7、破碎，均勻化第12頁，共25頁。6. 可 行 性 分 析研究室現(xiàn)有相關(guān)實驗設(shè)備 定向凝固裝置、熔煉爐與熱處理爐、AFM顯微鏡材料液態(tài)結(jié)構(gòu)及遺傳性教育部重點實驗室 單輥甩帶裝置學(xué)院分析測試中心 系統(tǒng)、完備的組織表征和力學(xué)性能測試手段 6.1 實驗設(shè)備準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為第13頁，共25頁。6.2 前期工作基礎(chǔ)1. 已配制合金種類 Mg93Zn6Y1 Mg95Zn4.3Y0.7 Mg98Zn1.7Y0.3 Mg95Zn4.3Y2.02. 已獲得的實驗結(jié)果 OM、SEM、TEM、XRD 晶界相為-Mg和二十面體準(zhǔn)晶的共晶組織3. ECAP工藝的初步研究圖3. Mg95Zn4.

8、3Y0.7合金鑄錠準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為第14頁，共25頁。 50ma 50mb 50mcabc圖4. Mg95Zn4.3Y0.7合金在楔形試樣所示位置a、b、c處的鑄態(tài)組織鑄態(tài)合金組織準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為冷 卻 速 度第15頁，共25頁。ba圖6. 鑄態(tài)合金的SEM觀察 （a） Mg95Zn4.3Y0.7 、（b） Mg93.7Zn4.3Y2.0SEM組織觀察準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為第16頁，共25頁。abcd1 m 圖6. （a）鑄態(tài)Mg95Zn4.3Y0.7合金的TEM觀察明場像； (b-d)為圖中共晶組織準(zhǔn)晶相的選區(qū)電子

9、衍射斑點準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為TEM組織觀察第17頁，共25頁。111晶帶軸電子衍射斑點112晶帶軸電子衍射斑點圖7 鑄態(tài)Mg95Zn4.3Y2.0合金的明場TEM觀察及其選區(qū)電子衍射斑點202220000022513423000110Mg24Y5Mg4Zn7abcd準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為TEM組織觀察第18頁，共25頁。abXRD分析準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為圖8. 鑄態(tài)合金的XRD圖像(a) Mg93Zn6Y1，(b) Mg98Zn1.7Y0.3Zn/Y 約 6:1高合金化低合金化第19頁，共25頁。圖9. 鑄態(tài)合金的XRD圖像

10、 (a)Mg95Zn4.3Y0.7 ，(b)Mg93.7Zn4.3Y2.0ab準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為XRD分析Zn 4.3, Y 0.7 2.0 約 6:1約 2:1第20頁，共25頁。圖10. ECAP試樣及實驗效果ECAP初步試驗ECAP試樣aAZ31b準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為10mm10mm50mmMg95Zn4.3Y0.7c第21頁，共25頁。ab 40m圖11. Mg95Zn4.3Y0.7合金在ECAP處理前、后的組織準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為ECAP初步試驗第22頁，共25頁。7. 預(yù) 期 創(chuàng) 新 點 2. 揭示該合金中準(zhǔn)晶相形成的凝固條件， 探討與合金成分、凝固工藝之間的關(guān)系。 3. 合金中準(zhǔn)晶相在熱處理過程中的熱穩(wěn)定性 及基體合金中準(zhǔn)晶相的析出及其機理 1. 含有部分準(zhǔn)晶相的大尺寸鎂合金的鑄造工藝 4. 準(zhǔn)晶相增強鎂合金的大塑性變形 及其晶粒微細化的機制 準(zhǔn)晶相增強Mg-Zn-Y合金的大塑性變形行為第23頁，共25頁。2003.112004.3 原材料準(zhǔn)備、實驗設(shè)備的調(diào)試2004.42004.7 合金成分設(shè)計、合金熔煉工藝研究2004.82004.12 研究不同冷卻條件下合金的凝固過程20