科研訓(xùn)練研究分析報(bào)告袁濤材料

1、個(gè)人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)科研訓(xùn)練報(bào)告課題名稱(chēng)：固相合成耐熱鎂合金制備及強(qiáng)化機(jī)理研究學(xué)院：機(jī)電與信息工程專(zhuān)業(yè)：材料科學(xué)與工程姓 名： 袁濤學(xué) 號(hào)：0811340216指導(dǎo)教師：李國(guó)華報(bào)告日期：2011年9月23日 成 績(jī)：評(píng)閱人簽字:個(gè)人收集整理一僅供參考學(xué)習(xí)一. 項(xiàng)目立論依據(jù)歷年來(lái)對(duì)鎂合金地研究越來(lái)越來(lái)重視，隨著人們對(duì)金屬資源需求地增長(zhǎng)，及鐵礦資源地開(kāi)發(fā)殆盡，急需鋼鐵材料地替代品，而我國(guó)是鎂資源大國(guó)，儲(chǔ) 量居世界首位鎂和稀土是我國(guó)獨(dú)具特色地資源優(yōu)勢(shì).2003年我國(guó)共生產(chǎn)原鎂 33.4萬(wàn)噸，約占全球總產(chǎn)量地67%.稀土占世界已探明稀土儲(chǔ)量地 80%以上. 因此，開(kāi)發(fā)含稀土地高品質(zhì)鎂合金材料在我國(guó)

2、具有獨(dú)特地優(yōu)勢(shì)，不斷完善現(xiàn) 有地稀土鎂合金系，同時(shí)開(kāi)發(fā)成本低、性能好地新型稀土鎂合金，對(duì)我國(guó)鎂 合金材料和稀土材料領(lǐng)域地發(fā)展將具有極大地推動(dòng)作用.b5E2RGbCAP概念介紹固相合成反應(yīng)：高溫下固體和固體間進(jìn)行地反應(yīng) .其影響因素主要有：反 應(yīng)物固體地表面積和反應(yīng)物間地接觸面積；生成物相地成核速度；相界面間特 別是通過(guò)生成物相層地例子擴(kuò)散速度.plEanqFDPw經(jīng)歷四個(gè)階段：擴(kuò)散-反應(yīng)-成核-生長(zhǎng)擴(kuò)散：固相反應(yīng)地發(fā)生其實(shí)與兩個(gè)反應(yīng)物分子地?cái)U(kuò)散接觸；反應(yīng)：接著發(fā)生化學(xué)作用，生成物分子.此時(shí)生成地產(chǎn)物分子分散在母體 反應(yīng)物中，只能當(dāng)作雜質(zhì)或缺陷地分散存在；DXDiTa9E3d晶核成長(zhǎng)：隨著晶核地

3、長(zhǎng)大，達(dá)到一定地大小，出現(xiàn)產(chǎn)物地獨(dú)立晶相.固相反應(yīng)與溶液反應(yīng)地區(qū)別：1. 反應(yīng)物溶解度地影響.2. 產(chǎn)物溶解度地影響，溶液反應(yīng)中，產(chǎn)物溶解度性有利于反應(yīng)；固相反應(yīng) 沒(méi)有要求.3. 熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)地差別.4. 控制反應(yīng)地因素不同.5. 溶液反應(yīng)體系受到化學(xué)平衡地制約，而固相在不生成固溶體地情形下，反應(yīng)完全進(jìn)行，因此固相反應(yīng)地產(chǎn)率往往都很高.RTCrpUDGiT優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)率高，污染小.缺點(diǎn)：生產(chǎn)效率較低.金屬鎂及其合金是目前工業(yè)上可應(yīng)用地最輕地金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度 小、比強(qiáng)度高、比剛度高、尺寸穩(wěn)定地特點(diǎn)，也有電磁屏蔽好以及良好地切 削加工性能、充型流動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn).但是以往鎂合金地高溫性能差，蠕變強(qiáng)度

4、低 限制了鎂合金地應(yīng)用，例如要求較高溫度、必須防止油地滲漏且具有優(yōu)良高 溫蠕變性能地發(fā)動(dòng)機(jī)引擎蓋，等都要求鎂合金地高溫性能和抗蠕變性好.近年來(lái)地文獻(xiàn)顯示了多種耐熱鎂合金地研制成功及其優(yōu)良地性能.目前常用地鎂合金有常用地有四個(gè)系列：AZ(Mg-AI-Zn-Mn) , AM(Mg-AI-Mn) , AS(Mg-AI-Si)， AE(Mg-AI-Re).其中AE系列鎂合金蠕變強(qiáng)度較高，此外 WE系列地鎂合金都 具有優(yōu)良地高溫性能.這些已開(kāi)發(fā)地鎂合金中所采用地，用來(lái)增強(qiáng)各種性能地添加元素為稀土元素.5PCzVD7HxA其加工過(guò)程及腐蝕和力學(xué)性能有許多特點(diǎn)：質(zhì)量輕、剛性好、具有一定 地耐蝕性和尺寸穩(wěn)定性

5、、抗沖擊、耐磨、衰減性能好及易于回收；另外還有 高地導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能、無(wú)磁性、屏蔽性好和無(wú)毒地特點(diǎn) .jLBHrnAlLg此外，稀土元素地化學(xué)活性強(qiáng)，對(duì)液合金具有除氫、氧、氯、夾雜物地 作用，改善合金流動(dòng)性和加工性能，抑制鐵對(duì)合金地腐蝕作用，降低合金在 液態(tài)和固態(tài)下地氧化傾向，減少金屬表面氧化物缺陷集中及改變起結(jié)晶晶格 參數(shù)，使合金具有優(yōu)良地抗氧化性能當(dāng)鎂合金添加少量稀土元素還有變質(zhì)及 細(xì)化作用，使其性能得到改善，當(dāng)鎂合金中地稀土元素添加量足以生成金屬 間化合物、共晶復(fù)合物地金屬纖維組織以及固溶強(qiáng)化相時(shí)，可以顯著提高合 金基體地高溫性能.XHAQX74J0X固相合成耐熱鎂合金強(qiáng)化機(jī)理還包括稀土與

6、金屬地相圖（如稀土元素在 金素中地溶解度）、稀土化合物地性質(zhì).形狀、分布、稀土在金素中地分布及擴(kuò) 散速度地影響等丄DAYtRyKfE蠕變是一個(gè)高溫條件下緩慢地塑性變形過(guò)程.與常溫拉伸過(guò)程相比，在微 觀機(jī)制上不僅滑移系增多而且還有晶界滑移.鎂合金蠕變機(jī)理分為兩個(gè)階段， 低溫下以位錯(cuò)攀移為主，高溫下一位錯(cuò)滑移為主.鎂合金地高溫變形特點(diǎn)是晶 內(nèi)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與晶界滑移相結(jié)合.因此，稀土元素提高其蠕變性能地途徑主要有 基體強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化.Zzz6ZB2Ltk其他添加元素地影響Sn對(duì)鎂地強(qiáng)化作用不因?yàn)闇囟鹊厣叨?在高溫下合金強(qiáng)度隨 sn 地變化趨勢(shì)為：隨著含量增加，合金地屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度上升，且在其質(zhì)

7、 量分?jǐn)?shù)達(dá)3%時(shí)達(dá)到峰值.但其量過(guò)多時(shí)會(huì)使顆粒粗化導(dǎo)致高溫強(qiáng)化作用減 弱.dvzfvkwMI1Si是弱地晶粒細(xì)化劑在組織中形成硬地硅質(zhì)點(diǎn)可改善蠕變性能.Ca有明顯細(xì)化晶粒作用，可稍微抑制熔體金屬地氧化，可改善抗蠕變性 能.Sr是一種提高鎂合金性能（大于三百攝氏度）地合金化元素，它可以提 高鎂固溶體地熔點(diǎn)，他在鎂合金中擴(kuò)散緩慢且具有較低地密度.例如：MgSr6Mn1和MgSr15Mn1已經(jīng)具備應(yīng)用于壓鑄地技術(shù)條件.通過(guò)X射線衍射 和能量分散X射線顯微分析證實(shí)了 MgSr相地析出，該新型合金Mg-Sr-Mn 最終抗拉強(qiáng)度比 WE43地相關(guān)數(shù)據(jù)要低，但是當(dāng)Sr量較高時(shí)，相當(dāng).rqyn14ZNXIAg

8、和RE 一起加入時(shí)刻改善合金高溫抗拉和高溫蠕變性能.參考文獻(xiàn)：1. Negishi Y;Nishimura T;Kiryuu MPhase Diagrams of Magnesium-Rich Porti onAging Characteristics and Ten sileEmxvxotocoProperties of Mg-heavy Rare Earth Metal（Gd,Dy）-Nd Alloys3 / 10個(gè)人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)1995(02) SixE2yXPq52.0huchiK;lwasawa S;KamadoS Effects of Nd and Ag Additions

9、 on the MicrostruCtures and Mechanical Properties of Mg-8% Li Alloys 1992(08) 6ewMyirQFL3. Wang Q D;Chen W 乙Zeng X Q Effects of Ca Addition on the Microstructure and Mechanical Properties of AZ91 Mg Alloy外文期刊 2001(12) kavU42VRUs4. 呂宜振 壓鑄鎂合金地應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1998(12)5. 孫楊善;翁坤忠；袁廣銀Sn對(duì)鎂合金顯微組織和力學(xué)性能地影響期刊 論文卜中國(guó)有色

10、金屬學(xué)報(bào)1999(01) y6v3ALoS896. 黃伯土 ；聶邦盛；賈延杰Mg-Nd-Zn-Zr-耐熱高強(qiáng)鑄造鎂合金期刊論 文卜特種鑄造及有色合金1998(06) M2ub6vSTnP7. 楊彬鎂合金研究及制備發(fā)展概況期刊論文卜鑄造設(shè)備研究 2001(01)8. 余琨;黎文獻(xiàn);李松瑞 變形鎂合金材料地研究進(jìn)展期刊論文卜輕合金 加工技術(shù)2001(07)9. Pekguleryuz M O;Avedesia n M M Mg Alloyi ng Some Pote ntials forAlloy Developme nt 1992(12)0YujCfmucw10. 王渠東；呂宜振；曾小勤 稀土在

11、鑄造鎂合金中地應(yīng)用期刊論文卜特 種鑄造及有色合金1999(01) eUts8ZQVRd11. 劉金海；李國(guó)祿；劉根生鎂合金鑄造技術(shù)進(jìn)展期刊論文卜鑄造 2001(09)12. 陳力禾；趙慧杰；沈志勇 鎂合金壓鑄及其在汽車(chē)工業(yè)中地應(yīng)用1999(10)13. 白肅飲;趙丕峰 新型鎂合金GQMZ9研究期刊論文卜特種鑄造及有色 合金 2001(01)14. Grob ner J;Schmid-Tetzer R Selectio n of Promisi ng QuaternaryResista nt Mag nesium Alloys外文期刊2001 (2) sQsAEjkW5T15. Mordike

12、B L Developme nt of Highly Creep Resista nt Magn esium Alloys外文期刊2001(03) GMsIasNXkA16. Von Buch F;Lierzau J;Mordike B L Development of Mg-Sc-Mn alloys外文期刊1999 TIrRGchYzg17. ANYANWU I A;Kamado S;Ho nda T Heat Resista nee of Mg-Z n-AI-CaAlloy Cas ings 2000(07)7EqzcWLZNx18. Ninom iya Rojiro T;Kubota K

13、 Improved Heat Tesista nee of Mg-AlAlloys by the Ca addition外文期刊1995(02) lzq7IGf02E19. 王渠東；曾小勤；呂宜振 高溫鑄造鎂合金地研究與應(yīng)用期刊論文-材料導(dǎo)報(bào)2000(03)20. Mabuchi M;Kubota K;Higashi K Elevated Temperature Mecha nicalProperties of Meg nesium Alloys Con tai ning Mg2Si 1996(01)zvpgeqJ1hk21. 吉澤升；李德鋒;孫榮濱 鎂合金壓鑄技術(shù)地發(fā)展現(xiàn)狀期刊論文卜輕 合金

14、加工技術(shù)2001(12)引證文獻(xiàn)(39條)1. 丁雨田方元于善坤胡勇劉廣柱 富鈰混合稀土對(duì) Mg-4.2Y-2.7Nd-0.5Zr合金組織及力學(xué)性能地影響期刊論文卜中國(guó)鑄造裝備 與技術(shù) 2010(2) NrpoJac3v12. 張丁非.李鵬程.湯安.齊福剛Si對(duì)鎂合金組織和性能影響地研究現(xiàn)狀 期刊論文卜熱加工工藝2010(18) 1nowfTG4KI3. 楊友.張立鵬.王學(xué)慧Si、Ca和Ce混合添加對(duì)壓鑄鎂合金疲勞性能地 影響期刊論文卜特種鑄造及有色合金2009(10) fjnFLDa5Zo4. 李慶波.周海濤.趙仲愷.鐘建偉.王經(jīng)濤Mg-Y-Zn-Zr合金地顯微組織 和力學(xué)性能期刊論文卜中南

15、大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版2009(3) tfnNhnE6e55. 李克杰.李全安.謝建昌.李建弘.侯麥珍 稀土在耐熱鎂合金中地研究 應(yīng)用期刊論文卜稀土 2009(3) HbmVN777sL6. 冀國(guó)棟.巫瑞智.牛中毅.景曉燕.安江敏Nd含量對(duì)Mg-11Li-1AI合金 組織地影響期刊論文卜特種鑄造及有色合金2009(5) V7l4jRB8Hs7. 張清.李全安.井曉天.張興淵Sb合金化在耐熱鎂合金中地應(yīng)用期刊 論文卜材料工程2009(12) 83lcPA59W98. 章曉萍.陳云貴.肖素芬.唐永柏.牛高.魏尚海.趙源華 鑄態(tài) Mg-xSn-2La合金地組織與性能期刊論文卜特種鑄造及有色合金 200

16、9(3) mZkklkzaaP9. 李忠盛.潘復(fù)生.吳護(hù)林.張靜 金屬型鑄造Mg-10Zn-2AI合金地凝固行 為及鑄態(tài)組織期刊論文卜特種鑄造及有色合金2009(3) AVktR43bpw10. 肖代紅.楊太華.黃伯云 鑄態(tài)Mg-11AI-1.2Zn-(-0.3Sc)合金地顯微組織與力學(xué)性能期刊論文卜特種鑄造及有色合金2008(5) ORjBnOwcEd11. 張春香.王利國(guó).吳立鴻.陳培磊.陳海軍.關(guān)紹康 主要耐熱鎂合金系 地研究進(jìn)展期刊論文卜材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)20082MiJTy0dTT12. 亢春生.王武孝.袁森.金志新.董志喬 鎂合金及鎂基復(fù)合材料地高溫 蠕變研究進(jìn)展期刊論文卜鑄造技術(shù)

17、2008(2) gIiSpiue7A13. 謝建昌.李全安.李建弘.張興淵 耐熱鎂合金及其開(kāi)發(fā)思路期刊論 文卜鑄造2008(1)14. 牛高.陳云貴.唐永柏.肖素芬.章曉萍.魏尚海.趙源華Mg-5Sn-xGd合 金地鑄態(tài)顯微組織期刊論文卜特種鑄造及有色合金2008(2) uEh0U1Yfmh15. ZHANGJin-shan.DU Hong-wei.LU Bin-feng.ZHANG Yan.LIANG Wei.XUChun-xia ng.LU Fen g-lei Effect of Ca oniAg9qLsgBxcrystallization of Mg-based master alloy

18、 containing spherical quasicrystal 期刊論文卜中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)會(huì)刊(英文版) 2007(2) WwghWvVhPE16. 劉曉瑩.劉勇兵 重力鑄造鎂合金AZ91高周疲勞性能研究期刊論文- 鑄造 2006(12)17. 楊友Nd對(duì)壓鑄鎂合金AZ91D高周疲勞性能地影響期刊論文卜特種 鑄造及有色合金2006(10) asfpsfpi4k18. 李冬升.程曉農(nóng)抗蠕變鎂合金研究進(jìn)展期刊論文卜材料導(dǎo)報(bào)2006(z1)19. 馬志新.李德富.李彥利Mg-Y-Nd-Zr合金加工工藝與組織演化地研究期刊論文卜稀有金屬2006(6) ooeyYZTjj120. 吳安如.董麗君.

19、夏長(zhǎng)清.武文花 稀土元素對(duì)鎂合金高溫力學(xué)性能地 影響期刊論文卜熱加工工藝2006BkeGuInkxI21. 李海東.彭曉東堿土鎂合金地研究及開(kāi)發(fā)期刊論文卜輕金屬2006(6)22. 黎業(yè)生.董定乾.吳子平 稀土鎂合金地研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景期刊論文卜輕合金加工技術(shù)2006PgdO0sRlMo23. 董麗君.吳安如Mg-Y二元合金地制備與組織觀察期刊論文卜機(jī)械 2006(3)二、項(xiàng)目地研究?jī)?nèi)容、研究目標(biāo)，以及擬解決地關(guān)鍵問(wèn)題項(xiàng)目研究地內(nèi)容是將傳統(tǒng)鎂合金材料進(jìn)行一系列處理使之變?yōu)槟蜔徭V合 金材料，改善傳統(tǒng)鎂合金不耐高溫及高溫時(shí)地抗蠕變性能差地缺點(diǎn).3cdXwckm15研究目標(biāo)：1. 充分挖掘研究稀土在

20、鎂合金中地諸多優(yōu)良特性；2. 提高鎂合金地綜合性能將使鎂合金成為一種重要地輕量化結(jié)構(gòu)材料；3. 新材料地制備.三、擬采取地研究方案、技術(shù)路線及可行性分析項(xiàng)目實(shí)施地方案：傳統(tǒng)鎂合金材料地購(gòu)買(mǎi)、篩選；對(duì)篩選地材料進(jìn)行顯微 組織地分析：通過(guò)金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM、能譜等分析測(cè)試手 段，對(duì)顯微組織形貌、成分、結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，配合硬度(宏觀硬度、顯微硬 度)等力學(xué)性能測(cè)試，對(duì)材料典型顯微組織進(jìn)行鑒定；進(jìn)行性能測(cè)試、高溫5 / 10個(gè)人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)個(gè)人收集整理一僅供參考學(xué)習(xí)_后性能測(cè)試；對(duì)材料進(jìn)行處理，使其變?yōu)槟蜔徭V合金；進(jìn)行顯微組織分析、 性能測(cè)試、高溫后性能測(cè)試；對(duì)兩組材料所得數(shù)據(jù)進(jìn)

21、行對(duì)比分析，并對(duì)其作 用機(jī)制進(jìn)行探討.h8c52WOngM技術(shù)路線：1）購(gòu)買(mǎi)、篩選原材料（傳統(tǒng)Mg-AI合金），選部分試樣進(jìn)行加工；2）打磨試樣以便進(jìn)行顯微組織地觀察；3）對(duì)另一些加工試樣進(jìn)行高溫前后性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試；4）對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得出高溫時(shí)傳統(tǒng)鎂合金性能地不足；5）對(duì)篩選原材料進(jìn)行固相合成耐熱鎂合金處理；6）對(duì)耐熱鎂合金試樣打磨進(jìn)行顯微組織地觀察；7）檢測(cè)所得鎂合金地高溫前后性能實(shí)驗(yàn)檢測(cè)；8）處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制圖表，得出結(jié)論；9）發(fā)表學(xué)術(shù)論文，撰寫(xiě)結(jié)題報(bào)告.可行性分析：歷年來(lái)對(duì)鎂合金地研究越來(lái)越來(lái)重視，技術(shù)和設(shè)備能滿足 要求，在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室做簡(jiǎn)單地實(shí)驗(yàn)步驟處理，關(guān)鍵地技術(shù)處理部分可以

22、我們 所在地地優(yōu)勢(shì)，聯(lián)系相關(guān)科研單位，使用其設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn).v4bdyGious四、本項(xiàng)目地特色與創(chuàng)新之處特色：充分挖掘研究稀土在鎂合金中地諸多優(yōu)良特性，提高鎂合金地綜 合性能，將使鎂合金成為一種重要地輕量化結(jié)構(gòu)材料.J0bm4qMpJ9創(chuàng)新之處：利用固相處理技術(shù)地諸多優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)發(fā)新地材料.五、研究計(jì)劃及預(yù)期研究結(jié)果研究計(jì)劃：材料地購(gòu)買(mǎi)、篩選加工地點(diǎn)地選擇對(duì)原材料進(jìn)行加工對(duì)加工后材料地分析研究即傳統(tǒng)鎂合金材料地購(gòu)買(mǎi)、篩選；對(duì)篩選地材料進(jìn)行顯微組織地分析； 進(jìn)行性能測(cè)試、高溫后性能測(cè)試；對(duì)材料進(jìn)行處理，使其變?yōu)槟蜔徭V合金； 進(jìn)行顯微組織分析、性能測(cè)試、高溫后性能測(cè)試；對(duì)兩組材料所得數(shù)據(jù)進(jìn)行 對(duì)比分析.XVauA