本科毕业设计 开题报告
题 目Mg-9Al-9Zn镁合金的制备及热处理组织性能研究 学生姓名 李晨 学号 1314034087 学 院 材 料 科 学 与 工 程 学 院 专业班级 金属1303 指导教师 宋佩维
2017年3月18日
题 目 一、选题的目的及研究意义 Mg-9Al-9Zn镁合金的制备及热处理组织性能研究 地球上镁的资源是十分丰富的，我国的菱镁矿的储存量占世界第一，但其开发利用远没有铁、铜、铝等金属成熟。纯镁的优点很多，但是强度和硬度太低，不能直接使用。因此，在倡导新能源的时代背景下，加速开发和利用镁合金显得尤为重要。金属镁及其合金是目前工业上可应用的最轻的金属结构材料 ,具有密度小、比强度高、比刚度高、尺寸稳定的特点 ,也有电磁屏蔽好以及良好的切削加工性能、充型流动性及易回收，无污染等一系列优点，被誉为“21世纪绿色环保工程材料”[i]。广泛用于航空航天、汽车、通讯电子和医疗机械等行业。尤其在航空航天上轻量化材料的要求，还有各种发动机的壳体盖和前支撑壳体等。 二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等 1. 研究现状 Mg-Al基合金应用于工商业能基本普遍满足人们对轻质合金的要求，如常用的AZ91、AM60和AM50合金，但当温度高于100℃时都倾向于过度变形，这是由于Mg17Al12在晶界处不连续沉淀。新开发的AS和AE系列耐热镁合金具有良好的高温力学性能，但铸造性能差或成本高限制了它们的广泛应用。Mg-Zn-Al系合金是一种能够满足以上要求的、很有发展前景的镁合金。此合金的第一次发现是在上世纪70年代的一次检测中，发现其具有良好的铸造性能和很好的抗热裂纹性能，而后没有做出更进一步的调查，直至近五年汽车工业日新月异的发展。目前，国内外围绕Mg-Zn-Al系镁合金的设计（Zn/Al比值、合金化或微合金化等）、组织及性能控制、热处理强化等方面已经开展了许多卓有成就的研究工作，并取得了许多研究成果。 2. 发展趋势 耐热镁合金的研究前沿逐步从航空、航天、军事领域向汽车（包括轨道车辆）、电子、通信行业转移；由于能源危机和环保问题日益突出，车辆轻量化的要求大大促进了耐热镁合金的发展。国外近年来镁合金在汽车制造中的应用逐步增长，但我国在这方面的开发刚刚起步。国内一些镁合金生产厂家强烈要求开发镁合金型材的成型加工技术，国家科技部也加快开发这方面的高新技术，并列为国家“十五”攻关项目。虽然中国是镁材料大国，但在开发高性能耐热镁合金上仍很欠缺，开发具有自主知识产权的高性能耐热镁合金是镁合金研究者的努力方向[ii]。随着环保和节能意识的增强，材料研究者和产品设计者愈来愈重视产品的轻量化和可回收等问题。作为目前最轻的工程金属材料，被誉为“21世纪绿色工程材料”的镁合金应用成为材料研究和应用界的关注热点。目前，中国兴起了一股镁合金的研究、生产和应用的开发热潮。目前，镁合金的研究趋势：(1)
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以追求轻量化（高比强度）的室温用镁合金为研究目标；(2)追求高模量和高强度的颗粒或短纤维增强镁基复合材料的研究；(3)追求高温性能的耐热镁合金的研究。 3. 研究方法 目前，研究AZ系镁合金的主要方法有以下几种[iii]： （1）用XRD分析物相； （2）用SEM观察断口形貌； （3）用拉伸实验研究合金的力学性能； （4）用TEM进行微观观察与分析。 耐热镁合金常用的热处理方法主要有： （1）固溶处理（T4） 镁合金经固溶处理提高其抗拉强度和拉伸率； （2）固溶处理+人工时效（T6） 固溶处理后进行人工时效可提高镁合金的塑性和韧性； （3）其它方法 4. 应用领域 镁合金广泛用于航空航天、汽车、通讯电子和医疗机械等行业, 成为替代铝合金、钢铁和工程塑料的重要选材。（1）在国防工业的应用：现代战争需要军队具有远程快速部署运动的能力，要求武器装备轻量化，在手持式武器、装甲战车、运输车、航空制导武器上将大量采用轻金属材料，轻量化是提高武器装备作战性能的重要方向。（2）在钢铁工业的应用：镁目前主要用于冶金工业的铸造、钢铁脱硫等。（3）镁在汽车工业的应用：镁是最轻的结构金属材料之一，又具有比强度和比刚度高、阻尼性强和切削性好、易于回收等优点。国内外将镁合金应用于汽车行业，以减重、节能、降低污染，改善环境[iv]。（4）镁牺牲阳极作为有效 防止金属腐蚀的方法之一：可广泛用在地下铁制管道、石油管道、储罐、海上设施、民用等。（5）新材料开发和成型技术方面 2
三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明 1. 本课题要解决的主要问题 （1）研究铸态Mg-9Al-9Zn镁合金的制备； （2）研究铸态合金的相组成及组织形态； （3）研究铸态合金的室温力学性能； （4）研究热处理工艺对铸态合金的组织及室温力学性能的影响规律。 2. 拟采用的研究方法 （1）用X射线衍射仪研究铸态Mg-9Al-9Zn镁合金的相组成物； （2）用光学金相显微镜观察铸态Mg-9Al-9Zn镁合金的组织形态； （3）用拉伸实验研究挤压态铸态Mg-9Al-9Zn镁合金的力学性能； （4）研究不同固溶处理工艺下铸态Mg-9Al-9Zn镁合金的组织形态及力学性能。 固溶（T4）工艺方案： a. 350℃×8h, 水冷；350℃×12h, 水冷； 350℃×16h, 水冷； b. 330℃×8h, 水冷；330℃×12h, 水冷； 330℃×16h, 水冷； c. 310℃×8h, 水冷；310℃×12h, 水冷； 310℃×16h, 水冷。 固溶+时效处理（T6）工艺方案： a. 350℃×8h, 水冷+180℃×8h, 空冷；350℃×8h, 水冷+180℃×12h, 空冷； 350℃×8h, 水冷+180℃×16h, 空冷； b. 330℃×8h, 水冷+160℃×8h, 空冷；330℃×12h, 水冷+160℃×12h, 空冷； 330℃×16h, 水冷+160℃×16h, 空冷； c. 310℃×8h, 水冷+140℃×8h, 空冷；310℃×12h, 水冷+140℃×12h, 空冷； 310℃×16h, 水冷+140℃×16h, 空冷。 3．论文写作提纲 （1）任务书 （2）中英文摘要 （3）目录 （4）引言（本课题研究的目的研究现状及发展趋势研究内容及技术路线） （5）正文（实验内容与方法、实验材料与设备、分析测试、实验结果、分析与讨论） （6）结论 （7）致谢 （8）参考文献
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四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明 [1] 曾小勤. 镁合金的开发与应用[J]. 化工科技, 2000-03（1）:3-5. [2] 高洪涛,吴国华,丁江文. 镁合金力学性能的研究与展望[J]. 特种铸造与有色合金, 2003-8（12）：61-63. [3]陈建华. 耐热镁合金[M]. 北京. 化学工业出版社, 2007. [4]刘政军.固溶时效处理对镁合金组织性能的影响[N]. 沈阳工业大学学报, 2014-3（5）：7-9. [5] 陈建波,冯凯,陈娟娟. Mg-Zn-Al镁合金研究现状[M]. 兰州. 兰州理工大学. 2007. [6]艾云龙,陈乐平. 国内外镁合金发展现状的研讨[J]. 铸造工程，2005-5（2）：6-8. [7] 杨连福,蒋有绪. 热处理工艺对镁合金组织和性能的影响[J]. 铸造技术, 2014-10（4）：9-11. 五、毕业设计进程安排 1. 2017年1月10日—3月20日，阅读相关资料，结合研究内容完成并提交开题报告； 2. 2017年3月21日—4月27日，制备铸态试样；进行热处理；分析铸态及热处理态组织；测试并分析力学性能变化规律； 3. 2017年4月28日—5月31日，毕业设计论文撰写、修改并完成； 4. 2017年6月1日—6月15日，毕业设计答辩，资料归档。 4