Mg-Ce系合金的組織演變及其阻尼與力學性能的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，儀器設(shè)備日益精密化、復(fù)雜化以及工作環(huán)境的多樣化，對降低能耗和減振降噪等提出了更為迫切的要求，輕量化與結(jié)構(gòu)功能一體化鎂材料將是今后發(fā)展的重點。當前結(jié)構(gòu)功能一體化鎂合金材料的研究開發(fā)卻嚴重匱乏，國內(nèi)外學者大多針對鎂合金力學或單一功能特性進行研究，研發(fā)同時兼具良好力學與阻尼特性的結(jié)構(gòu)功能一體化鎂合金材料卻很少。而且，現(xiàn)有高強高阻尼鎂合金一般含大量稀土元素、工藝控制復(fù)雜、生產(chǎn)成本高昂、加工困難，極大地限制了其規(guī)?；?、高值

2、化、大宗化應(yīng)用。
　　針對以上現(xiàn)狀，本研究以Mg-Ce系合金為基礎(chǔ)，通過添加不同固溶度的非稀土元素（Mn、Zn、Sn），設(shè)計并制備Mg-X-Ce系高阻尼高強度鎂合金。采用合金化設(shè)計、擠壓變形與熱處理工藝協(xié)同耦合技術(shù)研究顯微組織演變及其對阻尼與力學性能的影響，以期通過調(diào)控第二相含量、分布，晶粒尺寸以及織構(gòu)強弱等微觀組織來實現(xiàn)Mg-X-Ce合金阻尼與力學性能的平衡優(yōu)化，歸納總結(jié)高阻尼高強度鎂合金的設(shè)計準則，從而得到適合不同實際需求的低

3、成本結(jié)構(gòu)功能一體化新型鎂合金材料。
　　首先，研究了不同 Ce含量的 Mg-Ce二元合金的阻尼與力學性能。鑄態(tài)Mg-2Ce合金中出現(xiàn)了大量的長直而平行的第二相組織，而其他三種合金中并沒有發(fā)現(xiàn)這種特殊的顯微組織。平行第二相的出現(xiàn)有利于合金的阻尼性能，在應(yīng)變?yōu)?0-3時阻尼值達0.084，這可能與位錯密度的增加和應(yīng)力集中有關(guān)。擠壓變形后，合金的力學性能得到大幅度提高而應(yīng)變阻尼性能卻有所下降。綜合來看，擠壓態(tài) Mg-0.5Ce合金表現(xiàn)出

4、較好的綜合阻尼與力學性能，其屈服強度為356.7MPa，抗拉強度為357.6MPa，延伸率為5.8％，應(yīng)變振幅10-3時阻尼值Q-1為0.015。
　　其次，在Mg-0.5Ce的基礎(chǔ)上，研究Mn元素的添加對Mg-Ce合金顯微組織及其阻尼與力學的影響。結(jié)果表明， Mn不與其他元素形成第二相組織，鑄態(tài)Mg-Mn-Ce合金的阻尼性能幾乎不受Mn元素含量變化的影響。隨著Mn元素含量的增多，擠壓態(tài)Mg-Mn-Ce合金的強度與延伸率呈先增加而

5、后下降的趨勢。其中， J-MC3合金表現(xiàn)出良好的綜合力學性能，抗拉強度為339MPa，屈服強度達330MPa，延伸率為11.2%。此外，Mn元素的添加在提高合金力學性能的同時能夠保持其阻尼性能不會下降。
　　再次，研究了較高固溶度的 Zn、Sn元素對 Mg-Ce合金顯微組織及其阻尼與力學的影響。隨著Zn含量的增加，鑄態(tài)Mg-Zn-Ce合金的第二相組織從平行分布逐漸變?yōu)閺浬⒌木W(wǎng)狀分布，其阻尼性能整體較低。而隨高固溶度的Sn含量增多，

6、鑄態(tài)Mg-Sn-Ce合金的第二相組織呈整齊的平行分布，SC3合金表現(xiàn)出良好的阻尼性能，其比阻尼系數(shù)SDC達54%。擠壓后，Mg-Zn/Sn-Ce合金的阻尼性能都呈現(xiàn)出先上升而后下降的趨勢。其中，J-ZC2合金表現(xiàn)出良好的綜合力學與阻尼性能，其屈服強度為293MPa，抗拉強度314MPa，延伸率為6.1%，阻尼值Q-1為0.034。J-SC3合金也展現(xiàn)出良好的綜合性能，YTS=135MPa，UTS=227MPa，EL=8.9%和Q-1=0

7、.055。
　　最后，選取以上力學性能較高而阻尼性能相對較差的擠壓態(tài)Mg-X-Ce合金通過恰當?shù)臒崽幚砉に囘M行阻尼與力學的平衡優(yōu)化研究。實驗結(jié)果表明，第二相含量、形貌與晶界數(shù)量等作為強釘扎點是影響合金阻尼與力學性能的重要因素。熱處理工藝可以有效改善Mg-Zn/Mn-Ce合金的顯微組織，使得合金的阻尼性能大幅提高而力學性能卻有所下降。經(jīng)350℃x4h熱處理后制備得到了綜合性能優(yōu)良的TJ-ZC1合金，即YTS=201MPa，UTS=2