Mg-11Y-5Gd-2Zn镁合金和Mg-Si合金的干摩擦磨损行为及其力学性能研究

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随着人们对减重的关注,轻质工程合金在工业上的使用一直稳固增长。镁因其密度大约是铝的66%和钢的25%成为特别受到关注的合金。在过去的15年里,镁在汽车工业上的使用量每年增长10-15%。镁合金虽然质量轻,但由于是密排六方结构,塑性不如其他结构的金属,强度和刚度较低。而且,镁耐磨性和耐腐蚀性差,因此应用没有铝合金广泛,尤其是作为滑动引擎部件如在无润滑条件下工作的活塞和阀门上。因此,开发具有良好耐滑动磨损性能的镁合金成为需求。镁中添加稀土能够极大地提高力学性能,而 MgGdYZn合金尤其显著。在本研究中,前四章研究了Mg-11Y-5Gd-2Zn镁合金的力学性能和干滑动磨损行为。  Mg-11Y-5Gd-2Zn镁合金由α-Mg基体、窄岛状形貌的Mg24(YGdZn)5共晶相、针状和盘状的 Mg12Y1Zn1相组成。峰时效处理后,一些 Mg24(YGdZn)5共晶相融入基体,Mg12Y1Zn1相增加并且随机分布于α-Mg的晶界和晶内。  由于峰时效处理后 Mg12Y1Zn1相比例的增加,铸态+T6合金的维氏硬度比铸态合金高31.0%。T6处理也提高了Mg-11Y-5Gd-2Zn合金的拉伸和压缩强度。压缩屈服强度增加了51.4%,抗拉强度增加了37.6%。然而,铸态 Mg-11Y-5Gd-2Zn合金的塑性优于铸态+T6。T6处理使延伸率减小12.7%,压缩应变减小46.4%。  采用针-盘装置研究了铸态和铸态+T6态 Mg-11Y-5Gd-2Zn合金的磨损行为。系统研究了施加载荷和滑动速度对磨损行为的影响。铸态和铸态+T6合金的磨损率随着滑动距离和施加载荷的增加几乎呈线性增加;随着滑动速度增加,磨损率先降低,滑动速度超过180 rpm后磨损率又稍微提高。由于高的硬度和强度,铸态+T6合金的耐磨性优于铸态合金。  在本文的后一部分采用同样方法研究了循环闭式模锻(CCDF)制备Mg-xSi(x=0,1.5,和3.3)合金的磨损行为,之前合金采用这种大塑性变形工艺在450℃加工了1,3,5道次。循环闭式模锻后粗大的Mg2Si颗粒破碎成较小的块状并且呈现更加均匀的分布,拉伸强度、延伸率和硬度均提高。5道次循环闭式模锻加工后Mg-1.5wt.%Si合金强度和塑性同时提高。随着循环闭式模锻加工道次的增加耐磨性提高,尤其是第1道次后。同是5道次循环闭式模锻后,Mg-3.3wt.%Si耐磨性比纯镁高大约38%。基于 Archard方程和摩擦效果,耐磨性的提高归结于组织细化和均匀化。
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