力学性能论文提纲

论文题目：Mg-Zn-Sn-Cu合金组织调控、力学性能与电磁屏蔽性能研究

摘要：电子技术高速发展,便利了我们的生产生活,也带来了电磁干扰和污染问题。作为实现电磁屏蔽的基础,电磁屏蔽材料的研发也就显得尤为重要。镁合金具有轻质、比强度高的特点,同时还表现为良好的导热和电磁屏蔽性能。在对材料的功能结构一体化要求越来越高的背景下,可以预见具有轻质优势,且兼具良好力学性能和电磁屏蔽性能的镁合金必将拥有更大的使用空间。本文利用OM、SEM、TEM、EBSD等材料组织研究方法及室温拉伸性能测试与微同轴电磁屏蔽性能测试手段,研究了 Mg-6Zn-3Sn-xCu（x=0,0.5,1.0,1.5 wt.%）合金。具体研究了合金铸态组织及其均匀化行为、热压缩变形行为,以及挤压变形与时效处理后合金的组织、力学性能与电磁屏蔽性能,揭示了合金强韧化机制与电磁屏蔽机理。对铸态ZT63-xCu合金的研究表明,ZT63合金中的相组成为α-Mg,Mg2Zn3相和Mg2Sn相。Cu元素引入后,合金中形成了MgZnCu相,且MgZnCu相的含量随Cu含量增大而增大。脆性的MgZnCu相的增加导致了合金力学性能的下降。ZT63-xCu合金的均匀化行为研究表明,双级均匀化处理可以使ZT63-xCu合金获得良好的均匀化效果。ZT63合金的均匀化制度为335℃/24 h+400℃/6 h,含Cu合金的匀化制度为335℃/24 h+420℃/24 h。高熔点的MgZnCu相在均匀化过程中不能完全分解,且随着Cu含量增加,残留MgZnCu相的体积分数增大。对合金的热压缩行为研究表明,合金在塑性变形中发生了动态再结晶。合金的变形行为受变形温度、应变速率及变形程度等的共同影响。变形温度升高,应变速率降低,变形程度增大,均利于合金发生动态再结晶。合金在变形过程中的动态再结晶机制主要为不连续动态再结晶、颗粒诱导形核再结晶及连续动态再结晶。热加工图显示在变形温度为370-380℃,应变速率接近ε=1 s-1的加工区间内合金可以获得良好的加工效果。挤压变形后ZT63-xCu合金均发生了完全动态再结晶,且有球状Mg2Sn相的析出。同时,合金中还形成了基面纤维织构,即（0001）Mg//ED方向,其中0.5Cu合金具有最大的织构强度。细晶强化、固溶强化,沉淀强化及织构强化等的共同作用使挤压态的ZT63-xCu合金具有良好的力学性能。其中,0.5Cu合金力学性能最佳,其抗拉强度达319 MPa,伸长率为13%。Cu元素的加入量过多时,合金的力学性能下降。挤压态ZT63-xCu合金在30-1500 MHz范围内,屏蔽效能均大于90 dB,具有良好的电磁屏蔽表现。纤维织构的存在使合金的电磁屏蔽性能呈各向异性,沿挤压方向的截面具有更好的电磁屏蔽性能。此外,合金的晶界也会影响合金的电磁屏蔽性能,但其影响相对较小。ZT63-xCu合金峰时效析出相主要为短棒状β’1相,其长轴方向沿[0001]Mg取向,相界面与基体共格。同时,峰时效合金中还存在少量β’2相,它呈盘状分布于（0001）Mg基面上。时效时间延长后,β,1相和β’2相尺寸均明显增大,β’1相转变为细长的杆状,β’2相在（0001）Mg面上扩展。180℃下单级时效处理后,0.5Cu合金具有最佳的力学性能,相应的峰时效制度为180℃/6 h,抗拉强度为366 MPa,伸长率为7%。合金时效处理后力学性能的提升归因于β’1相的强化作用。双级时效处理过程中,合金在预时效阶段形成了大量G.P区,为密集析出相的形成提供了条件。因此,ZT63-xCu合金的力学性能显著提高。其中,0.5Cu合金仍具有最佳的力学性能,其最佳的时效制度为90℃/24 h+165℃/8 h,合金的抗拉强度为380 MPa,伸长率为4%。固溶时效处理对合金力学性能的提高不大,原因在于固溶阶段晶粒尺寸的增大对合金力学性能产生了不利影响。双级时效处理后,峰时效态的ZT63-xCu合金均具有较好的电磁屏蔽性能表现。良好的电磁性能来源于其电导率的提高,内部多次反射界面的形成。在30-1500 MHz范围内,0.5Cu合金的电磁屏蔽性能为104-109 dB。综合来看,0.5Cu合金具有最佳的力学性能与电磁屏蔽性能匹配。

关键词：Mg-Zn-Sn-Cu;挤压变形;时效行为;力学性能;电磁屏蔽性能

学科专业：材料科学与工程

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 电磁屏蔽理论

1.1.2 电磁屏蔽效能的测试方法

1.2 电磁屏蔽材料的研究现状

1.3 镁合金的电磁屏蔽性能研究现状

1.3.1 镁合金简介

1.3.2 镁合金的电磁屏蔽性能

1.3.3 镁合金电磁屏蔽性能的影响因素

1.3.4 电磁屏蔽镁合金研究存在的问题

1.4 Mg-Zn-Sn-Cu合金

1.4.1 Mg-Zn-Sn合金的研究现状

1.4.2 Cu元素对Mg-Zn-Sn合金的影响

1.5 选题目的及意义

1.6 主要研究内容

2 实验材料及研究方法

2.1 实验技术路线

2.2 实验材料

2.3 实验方法

2.3.1 合金的均匀化处理

2.3.2 合金的热压缩变形

2.3.3 合金的热挤压变形

2.3.4 合金的时效处理

2.4 合金的微观组织分析

2.4.1 金相显微镜观察

2.4.2 XRD物相分析

2.4.3 扫描电子显微镜(SEM)观察

2.4.4 透射电子显微镜(TEM)观察

2.4.5 差式扫描量热(DSC)分析

2.5 性能测试

2.5.1 硬度测试

2.5.2 电导率测试

2.5.3 力学性能测试

2.5.4 电磁屏蔽性能测试

3 铸态ZT63-xCu合金的组织与性能

3.1 铸态ZT63-xCu合金的组织研究

3.2 铸态ZT63-xCu合金的性能

3.3 本章小结

4 ZT63-xCu合金的均匀化

4.1 ZT63-xCu合金的DSC曲线

4.2 ZT63合金的均匀化处理

4.2.1 ZT63合金的单级均匀化

4.2.2 ZT63合金的双级均匀化

4.2.3 ZT63合金均匀化过程中的扩散动力学

4.3 含Cu合金的均匀化处理

4.4 本章小结

5 合金的热压缩变形

5.1 合金的流变应力曲线

5.2 热压缩过程中的本构关系

5.3 合金的热加工图

5.4 合金的热变形组织

5.4.1 变形温度对组织的影响

5.4.2 应变速率对组织的影响

5.4.3 变形程度对组织的影响

5.4.4 合金的动态再结晶机制

5.5 本章结论

6 挤压态ZT63-xCu合金的组织及性能

6.1 挤压态ZT63-xCu合金的组织

6.1.1 挤压态合金的组织

6.1.2 挤压态合金的织构

6.2 挤压态合金的性能

6.2.1 挤压态合金的力学性能

6.2.2 挤压态合金的电磁屏蔽性能

6.3 织构对合金电磁屏蔽性能的影响

6.4 晶界对合金电磁屏蔽性能的影响

6.5 本章小结

7 时效态ZT63-xCu合金的组织与性能

7.1 合金的单级时效处理

7.1.1 单级合金的硬度

7.1.2 单级时效态合金的组织

7.1.3 单级时效态合金的力学性能

7.2 合金的双级时效处理

7.2.1 双级时效态合金的硬度

7.2.2 双级时效态合金的组织

7.2.3 双级时效态合金的力学性能

7.3 合金的固溶+时效处理

7.3.1 0.5Cu合金的固溶处理

7.3.2 0.5Cu合金的时效处理

7.3.3 T6态合金的力学性能

7.4 时效态合金的电磁屏蔽性能

7.5 沉淀相对合金电磁屏蔽性能的影响

7.6 高强高电磁屏蔽镁合金设计思路

7.7 本章小结

结论

参考文献

致谢