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1、2 02 00 30 3级 博 士 研 究 生 开 题 报 告级 博 士 研 究 生 开 题 报 告准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为博士生：#卢 庆 亮 导 师：#闵 光 辉 山东大学材料科学与工程学院山东大学材料科学与工程学院 1.引言引言 2.研究现状研究现状3.选题意义选题意义4.研究内容研究内容5.实验方案实验方案及技术路线及技术路线 6.可行性分析可行性分析7.预期创新点预期创新点准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为8.进度安排进度安排报报 告告 内内 容容1 引引 言言1.1 镁合金的特点镁合金的特点 优点：#高比强度、比刚度、减震

2、与吸波 缺点：#强度较低、高温性能差、低塑变性能1.2 准晶准晶 1984年，Shechtman等在Al-Mn合金发现准晶 存在稳态准晶的合金系 Al-Pd-（Fe,Ru,Os）Al-Cu-（Li,Fe,Co）Zn-Mg-（Ga,Y,Tb,Dy,Ho,Er,Sc）性能：#高硬度、高强度、室温脆性与高温超塑性 镁基准晶合金准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为 2 研研 究究 现现 状状2.1 完全准晶合金完全准晶合金1993年，罗治平等 （Y，RE）-Mg-Zn合金准晶的表征1995年，罗治平等 慢速冷却Mg-Zn-Y合金 准晶相 近似相 （Mg7Zn3）1

3、998年，Fisher等，大块二十面体Zn-Mg-Y准晶镁基准晶开创性研究完全准晶本质脆性的限制准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为 图1 铸态合金SEM组织 （a）Mg74Zn26,（b）Mg72.5Zn25.5Y2 2.2 部分准晶合金部分准晶合金2000年,D.H.Kim Mg-Zn-Y 合金 -Mg和二十面体准晶 2001年,Mg-Zn-Y三元合金系 准晶相的形成范围。#水冷铜模直径15mm高50mm准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为 2.3 其它部分准晶的镁基合金其它部分准晶的镁基合金 德国学者：#压铸ZA

4、85合金 晶界稳定准晶相形成 指出准晶相的形成与冷却速度有关李卫红：#Mg-Zn-Al 合金 晶界准晶相张少卿等：#MB25镁合金 铸态合金晶界上准晶相形成 Mg24Y5相在晶内弥散分布 实用性研究准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为 2.4 尚待探明的问题尚待探明的问题准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为 1.Mg-Zn-Y合金相组成与相形成尚未明晰合金相组成与相形成尚未明晰 2.Mg-Zn-Y合金准晶相形成机理尚未明晰合金准晶相形成机理尚未明晰 3.热处理热处理Mg-Zn-Y合金相析出机制的分歧合金相析出机制的分歧

5、4.如何改善如何改善Mg-Zn-Y合金晶界准晶相分布合金晶界准晶相分布镁合金的塑性变形工艺镁合金的塑性变形工艺 2.5 大塑性变形工艺（大塑性变形工艺（SPD）作用：#细化晶粒，超细晶 1m 显著提高力学性能 分类：#等通道角挤压（ECAP）累积轧制连接（ARB）高压扭转变形（HPTS）图2 ECAP挤压工艺示意图Pressure=90准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为 ECAP的优势 Mg合金塑变行为 基体晶粒超细化 准晶粒子分布均匀化 大尺寸棒（板）材新型新型Mg合金基复合材料合金基复合材料1.常规铸造工艺、部分准晶相、大尺寸 实用化 2.含准晶相镁

6、合金的大塑性变形 晶粒细化，准晶弥散化3.晶界准晶相的形成机理4.准 晶 相 的析出及其热 稳 定 性3.选选 题题 意意 义义尚无相关研究尚无相关研究准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为4.研研 究究 内内 容容1.Mg-Zn-Y合金的成分设计与准晶形成机制合金的成分设计与准晶形成机制3.热处理过程中准晶相的析出与热稳定性热处理过程中准晶相的析出与热稳定性2.凝固条件、准晶相的体积分数及微观组织控制凝固条件、准晶相的体积分数及微观组织控制 4.ECAP工艺及宏观工艺及宏观/微观组织演变微观组织演变5.ECAP晶粒细化机制及准晶粒子强化机制晶粒细化机制及准

7、晶粒子强化机制准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为5.1 技术路线技术路线组织表征与性能测试组织表征与性能测试强化机制强化机制DTA实验实验热处理工艺热处理工艺ECAP工艺工艺液淬处理液淬处理准晶相形成机理准晶相形成机理熔炼、浇铸熔炼、浇铸合合金金成成分分设设计计急冷甩带急冷甩带准晶相热稳定性准晶相热稳定性准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为5.实验方案及技术路线实验方案及技术路线5.2 实验方案实验方案 准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为合金成分设计合金成分设计Mg-Zn-Y合

8、金合金热处理工艺热处理工艺井式热处理炉 573K 24h 准晶相的析出准晶相的析出 773K 2h 准晶相的稳定性准晶相的稳定性熔炼、浇铸熔炼、浇铸DTA实验实验液淬处理液淬处理感应熔炼炉电阻熔炼炉急冷甩带急冷甩带单辊急冷制带设备定向凝固装置准晶相形成机理准晶相形成机理ECAP工艺工艺120吨压力机ECAP模具准晶相的破碎，均匀化准晶相的破碎，均匀化6.可可 行行 性性 分分 析析研究室现有相关实验设备 定向凝固装置、熔炼炉与热处理炉、定向凝固装置、熔炼炉与热处理炉、AFM显微镜显微镜材料液态结构及遗传性教育部重点实验室 单辊甩带装置单辊甩带装置学院分析测试中心 系统、完备的组织表征和力学性能

9、测试手段系统、完备的组织表征和力学性能测试手段 6.1 实验设备实验设备准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为6.2 前期工作基础前期工作基础1.已配制合金种类已配制合金种类 Mg93Zn6Y1 Mg95Zn4.3Y0.7 Mg98Zn1.7Y0.3 Mg95Zn4.3Y2.02.已获得的实验结果已获得的实验结果 OM、SEM、TEM、XRD 晶界相为-Mg和二十面体准晶的共晶组织3.ECAP工艺的初步研究工艺的初步研究图3.Mg95Zn4.3Y0.7合金铸锭准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为 50ma 50mb 50

10、mcabc图4.Mg95Zn4.3Y0.7合金在楔形试样所示位置a、b、c处的铸态组织铸态合金组织铸态合金组织准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为冷冷 却却 速速 度度ba图6.铸态合金的SEM观察（a）Mg95Zn4.3Y0.7、（b）Mg93.7Zn4.3Y2.0SEM组织观察组织观察准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为abcd1 m 图6.（a）铸态Mg95Zn4.3Y0.7合金的TEM观察明场像；#（b-d）为图中共晶组织准晶相的选区电子衍射斑点准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性

11、变形行为TEM组织观察组织观察111晶带轴电子衍射斑点112晶带轴电子衍射斑点图7 铸态Mg95Zn4.3Y2.0合金的明场TEM观察及其选区电子衍射斑点202220000022513423000110Mg24Y5Mg4Zn7abcd准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为TEM组织观察组织观察abXRD分析分析准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为图8.铸态合金的XRD图像（a）Mg93Zn6Y1，（b）Mg98Zn1.7Y0.3Zn/Y 约 6:#1高合金化低合金化图9.铸态合金的XRD图像（a）Mg95Zn4.3Y0.

12、7，（b）Mg93.7Zn4.3Y2.0ab准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为XRD分析分析Zn 4.3,Y 0.7 2.0 约 6:#1约 2:#1图10.ECAP试样及实验效果ECAP初步试验初步试验ECAP试样aAZ31b准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为10mm10mm50mmMg95Zn4.3Y0.7cab 40m图11.Mg95Zn4.3Y0.7合金在ECAP处理前、后的组织准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为ECAP初步试验初步试验7.预预 期期 创创 新新 点点

13、 2.揭示该合金中准晶相形成的凝固条件，揭示该合金中准晶相形成的凝固条件，探讨与合金成分、凝固工艺之间的关系。#探讨与合金成分、凝固工艺之间的关系。#3.合金中准晶相在热处理过程中的热稳定性合金中准晶相在热处理过程中的热稳定性 及基体合金中准晶相的析出及其机理及基体合金中准晶相的析出及其机理 1.含有部分准晶相的大尺寸镁合金的铸造工艺含有部分准晶相的大尺寸镁合金的铸造工艺 4.准晶相增强镁合金的大塑性变形准晶相增强镁合金的大塑性变形 及其晶粒微细化的机制及其晶粒微细化的机制 准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为2003.112004.3 原材料准备、实验设备的调试2004.42004.7 合金成分设计、合金熔炼工艺研究2004.82004.12 研究不同冷却条件下合金的凝固过程2005.12005.6 DTA实验、液淬实验研究准晶相的形成机理2005.72005.11 ECAP实验及形变强化作用的研究2005.122006.3 组织表征与性能测试2006.32006.5 完成论文，准备论文答辩8.进进 度度 安安 排排准晶相增强准晶相增强Mg-Zn-Y合金的大塑性变形行为合金的大塑性变形行为