1、 毕业设计 (论文 )开题报告 题目： 邓紫棋 微观组织和性能的影响 院（系） 材料与化工学院 邓紫棋 专 业 金属材料工程 邓紫 棋 邓紫棋 班 级 邓紫棋 班 姓 名 邓紫棋 学 号 邓紫棋 导 师 邓紫棋 邓紫棋 201 邓紫棋 年 3 月 12 日 撰写内容要求（可加页）： 1.毕业设计（论文）综述（题目背景 、国内外相关研究情况及研究意义） 1.1 题目背景 Mg是地球上储量最丰富的元素之一，在地壳表层金属矿的资源含量为 2.3%,位居常用金属的第 3位 .此外 ,在盐湖及海洋中 Mg的含量也十分可观，如海水中 Mg含量高达 2.11015t可以说取之不尽，用之不竭。镁合金是最轻的结
2、构材料之一，有着其它金属不可比拟的优越性。镁及镁合金的特殊性能如密度低、比强度和比刚度高、减振性好、电磁屏蔽性能优异、切削加工性和热成形性好等使其在移动通信、手提计算机等的壳体结构件上以及在汽车、电子、电器、航空航天、国防军工、交通等领域都具有 重要的应用价值和广阔的应用前景。因此 ,在很多金属趋于枯竭的今天，加速 Mg金属材料相关的科学和技术的研究是实现可持续发展的重要措施之一。我国目前大飞机、绕月、高速轨道交通、电动汽车等大型工程项目的启动，对镁合金有更大的希望 ,也提出了更高的要求。使用镁合金制造汽车零部件 ,不仅能够减轻汽车自身质量、降低油耗 ,而且有助于质量的优化分布 ,从而改善汽车
3、的驾乘舒适性和安全性。在国防军事领域 ,降低重量意味着可以提高武器的射程和命中精度 ,也可以提高飞行器的机动性能 ,还可以降低航天器 (火箭、飞船等 )的发射成本 ,因此镁合金被应用 于制造飞机、导弹、飞船、卫星、轻武器等重要武器装备零件。 1.2 国内外研究背景 国内外镁合金的研究主要也都是针对镁合金耐蚀性差、耐磨性差、铸造性差及易燃这些缺点而进行的。针对本课题，主要讲镁合金的力学性能。由于纯镁的室温塑性很差，纯镁多晶体的强度和硬度也比较低，不能直接用作结构材料。长期以来的研究得出，通过细晶强化、固溶强化、析出强化、复合强化等多种方法或这些方法的综合应用，能使镁及镁合金的力学性能得到大幅度的
4、提高，从而满足各行业的需求。下面对不同的强化方式做一些简单的探讨。 (1)细晶强化 细晶 强化是提高镁合金综合性能的重要手段，主要通过控制镁合金晶粒度的方法来实现。细晶强化时，晶界是滑移传递的有效障碍，晶粒前方的应力集中使得更多的滑移系被激活，合金的整体变形更加均匀，使合金的强度和韧性得到了提高。合金的屈服强度与晶粒尺寸的关系可用 Hall-Petch关系来表示： s=0+Kd-1/2 式 (1-1) 式中 : s:屈服强度 0:晶内对变形的阻力，相当于极大单晶体的屈服强度 K :反应晶界对变形的影响系数，与晶体结构有 关 d :晶粒直径 从上面公式可以得出，获得细小等轴的晶粒可以改善合金的性
5、能。 (2)固溶强化 固溶合金是合金元素完全溶解在基体金属中而形成的。溶质原子在晶格上替代了基体金属原子，起到了强化的作用，而且额外电子的加入可以提高原子间的结合能，从而提高金属结构的稳定性。同时，溶质与基体元素的原子半径和弹性模量的差异能使基体产生点阵畸变，由此产生的应力场阻碍了位错运动，也使合金得到了强化。根据 Hume-Rothery定律，如果溶质和溶剂的原子半径相差超过15%，就不能形成无限固溶体，且固 溶度很小。因此，对镁来讲，适合这一原子尺寸范围的元素有 Li、 Al、 Ti、 Cr、 Zn、 Ge、 Yt、 Zr、 Nb、 Mo、 Pd、 Ag、 Cd、In、 Sn、 Te、 N
6、d、 W、 Re、 Pt、 Au、 Hg、 Pb和 Bi等。另外，要形成有限固溶体，还要有相同的原子价和相似的晶体结构，而能满足这一条件的只有 Cd和 Zn。当这条标准不满足时，仍有可能具有较大的固溶度，因为电子价低的金属可以溶解电子价高的元素，反之则不行。 (3)析出强化 在合金中，当合金元素的固溶度随温度降低而减小时，便可能产生析出强化，并形成弥散分布的析出相，析 出相与滑移位错之间的交互作用导致了合金的屈服强度提高。析出强化是滑移位错的相互作用，单独的沉淀相不是强化的充分条件，析出相的物理性质（软或硬）、尺寸与形状以及析出相与基体间的界面性质也是关键因素。为了增强镁合金的析出强化，选择合
7、金元素应考虑到以下因素： (a)合金元素高温下在镁中应该有足够的固溶度，且随温度的降低而降低，以提高合金的时效硬化能力； (b)析出相中应含有较多的镁，在提高析出相百分含量的同时减少所需的合金元素含量； (c)元素在镁中的扩散速率应较低，以减少位错的攀移及过时效倾向。 2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 (1) 研究目标： 通过该实验找到可以提高 Mg-Al-Zn合金力学性能的方法并为 Mg、 A1、 Zn合金的进一步研究开发提供理论和实践依据。 (2) 研究主要内容： 1)对 Mg-Al-Zn合金成分配比的实验研究； 2)对不同成分的 Mg-Al-Zn合金力学性能的
8、对比； 3)通过以上两步骤得出的结论，找出改变 Mg-Al-Zn合金力学性能的方法。 (3) 研究方案： Al：当 Al在镁合金中含量大于 2%时，其除以固溶形式存在外，还参与构成第二相 相 (Mg17Al12)固溶。固溶 Al含量的增加能提高合金表面膜的稳定性，有助于改善镁合金的耐蚀性能。 Zn：当 Zn在镁合金中的含量大于 2.5%时不利于提高镁合金的耐蚀性能，因此原则上一般将 Zn含量控制在 2%以下。 成分设计如下表： 表 2-1 合金成分设计 编号 Al Zn Mn Ce Ti Mg 0 8.7 1 0.13 2 0 余量 . 1 8.7 1 0.13 2 0.1 余量 2 8.7
9、1 0.13 2 0.2 余量 3 8.7 1 0.13 2 0.3 余量 注： 1)加入 0.13%的 Mn是为了降低杂质元素的有害作用； 2)均使用纯 Al、纯 Mg和纯 Zn。 (4) 研究方法及步骤： 1) 按照不同的方案铸造出 Ti元素含量不同的 Mg-Al-Zn合金； 2) 取合金中的一部分进行金相试样制备（粗磨，细磨，抛光，浸蚀），然后通过扫描电镜，离子减薄等方法观察和分析它的金相组织； 3) 再取一部分试样进行力学性能检测与分析。主要方法有拉伸测伸长率、硬度测试等； 4)根据测得的结果分析 Ti分别对 Mg-Al-Zn合金的力学性能产生什么影响； 5)根据分析得出的结论，寻找可
10、行的解决方法（可以从成分的 含量，铸造的方法等方面查找）。 3. 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作 本课题的重点： (1) 分析不同比例的 Ti元素的加入，对镁合金铸件组织结构和力学性能的影响； (2) 找到可以改变 Mg-Al-Zn合金力学性能的可行的方法。 本课题的难点： (1) 镁合金加工性能较差，室温时的热膨胀系数较大，弹性模量较低，化学性能活泼，固态 Mg在潮湿空气中很容易氧化，熔融 Mg也可在空气中强烈燃烧。 (2) 铸造 Mg合金常见缺陷：氧化冷隔、夹杂、显微疏松和松孔、热裂。这些都会对合金的力学性能产生影响，所以在铸造过 程中应该极力避免和减少缺陷的产生，以便后期研究时得
11、出更为准确的结论。 前期已开展的工作： 分析查找相关资料，进行初期的规划和整理。对研究的课题有充分的深入的理解和认知。理解论文的重点及难点，主要内容及采用的研究方法。完成开题报告。 4. 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写） 2012至 2013学年第一学期： 第 14周：选题。 第 1517周：收集、阅读相关文献。 第 18周：完成开题报告，进行开题答辩。 第 1920周：撰写论文大纲。 2012至 2013学年第二学期： 第 1周 第 2周：进行实验前期准 备工作，撰写论文初稿。 第 3周 第 5周：开始实验，完成中期报告，进行中期检查。 第 6周 第 11 周：修改论文，请老师进
12、一步修改。 第 12 周 第 15 周：准备齐全毕业设计全部材料、答辩资格审查、指导老师完成检查评分，进行答辩。 第 16周：上交按规范要求的正式装订论文、图纸和附件。 参考文献 1 陈建，严文，刘春霞等 . 材料研究方法 . 北京： 化学工业出版社， 2011 2 朱凯 . Mg-Al-Zn合金组织、性能和断裂行为研究 .硕士学位论文 .兰州：兰州理 工大学， 2009 3 王福会 ，杜克勤，张 伟 . 镁合金的腐蚀与防护研究进展 . 中国材料进展， 2011,30(2)： 29 34 4 张文毓 . 镁合金及其加工技术研究进展 . 稀有金属快报， 2007， 26(8)： 1519 5 丁
13、文江，曾小勤 . 中国 Mg材料研发与应用 .金属学报， 2010， 46(11)： 1450145 6 乐启炽，张新建，崔建 . 镁合金及其成形工艺与应用状况 . 材料导报， 2002， 16(12)： 1215 7 李凌杰，李芳君，雷惊雷等 . 合金元素对镁合金耐腐蚀性能影响的研究进展 . 材料导报， 2011， 25(10)： 110113 8 王振玲，张涛，李莉等 . 常压及高压凝固 Al-Mg 及 Al-Mg-Zn 合金中 Al 相 的固溶体结构 . 中国有色金属学报， 2012， 22(4)： 10061012 9 张国英 . 镁合金高温强化、阻燃及腐蚀机理探究 . 沈阳师范大学学
14、报， 2011， 29(3)： 335342 10WUYu-feng,DUWen-bo,NIEZuo-ren,CAOLin-feng,ZUOTie-yong.Thermodynam ic calculation of intermetallic compounds in AZ91 alloy containing calcium. Trans.Nonferrous Met.Soc.China, 2006,16:392396 11ZHANMei-yan,LIYuan-yuan,CHENWei-ping. Improving mechanical properties of Mg-Al-Zn al
15、loy sheets through accumulative roll-bonding. Trans.Nonferrous Met.Soc.China,2008,18:309314 12ZHANGJing,PANFusheng,YANGMingbo,LIZhongsheng.As-cast microstructure ofMg-AL-Znmagnesiumalloys.Trans.NonferrousMet.Soc.China,2006,16:s1655s1659 13JIANGJu-fu, LUO Shou-jing. Microstructure evolution of proces
16、sed Mg-Al-Zn alloy by equal channel angular extrusion in semi-solid isothermal treatment. Trans.Nonferrous Met.Soc.China, 2006,16:13131319 14 王麟平，张治民，胡 杨 . 镁合金强韧化技术的研究进展及其应用 . 材料热 处理技术， 2012， 41(6)： 3840 15 蒋晓军，陈昌国，刘瑜萍 . 稀土强化镁合金耐蚀性能的研究进 展 .腐蚀与防 护， 2012， 33(1)： 4650 16 左秀荣，赵亮 . Mg-Al合金晶粒细化的研究进展 .有色金属
17、， 2009,61(3):4547 17 崔佳 . Ti对铸造 Zn-Al-Cu-Mn-Mg合金力学及腐蚀性能的影响 .硕士学位论文 .辽宁：辽宁工程技术大学， 2011 18 赵玮霖，杨明波，潘复生，白亮，唐丽文 . 合金元素对 Mg-Zn-Al(ZA)系耐 热镁合金组织及性能的影响 . 材料导报， 2004， 21(7)： 7073 19 陈吉华，陈振华，严红革，等 Mg-Zn-Al 合金的组织稳定性与 力学性能湖南大学学报， 2007， 34(1)： 4751 20胡晓菊，高洪吾，李长茂，刘顺华，刘黎明 . 微量元素对 Mg-Al-Zn系合金铸 态组织及性能的影响 . 上海有色金属， 2
18、004， 25(3)： 100105 21 崔红卫，刘俊成，叶伟，等 . Al-Ti、 Al-Ti-C 中间合金对 AZ91D镁合金 组织和性能的影响 .铸造技术， 2008， 29(1)： 8084 22 曾小勤 ,丁文江 ,姚正裔 ,等 .Mg-Zn-Al系合金组织和力学性能 .上海交通大 学 学报， 2005， 39(1):46 23 向群，屈伟平 . 镁合金的发展趋势 .冶金丛刊， 2004， 153(5):3538 24 刘子利，潘青林，陈照峰，等 . Al-Ti 和 Al-Ti-C 中间合金对消失模铸造 AZ91 镁合金显微组织的影响 .机械科学与技术， 2005， 24(11):12821284 25 黄晓峰，梁艳，谢锐，等 .新型镁合金研究进展 .热处理技术与装备， 2009,30(3):37
