MgNiY合金的阻尼性能与力学性能研究.docx

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1、Mg-Ni-Y合金的阻尼与力学性能研究摘要镁合金因其比强度高、减震性能好、压铸工艺性能佳、可回收等优点被广泛应用于各个领域。其中，Mg-Ni-Y合金具备杰出的铸造性能和力学性能，并能在热处理后实现最佳性能。因此，研究不同热处理工艺对显微组织和力学性能的影响对工业生产至关重要。本研究对含有长周期堆垛有序(LPSO)结构增强的合金进行研究，探究Ni和Y含量对合金的微观组织和力学性能的影响。实验结果表明，合金的强度随着Ni和Y含量的增加而提高，但伸长率持续下降。该研究采用Mg-Ni-Y体系，通过熔炼法制备出镁合金，既研究了合金中Ni和Y对镁合金微观组织和力学性能的影响，又探究了它们对镁合金阻尼性能的

2、影响。实验先确定了Mg-Ni-Y合金的设计成分，以Mg85Ni6Y9为基础得到完全LPSO结构的合金体系，再通过改变Mg含量，保持Ni/Y比例来获得不同梯度变化的合金。在阻尼性能方面，合金的阻尼性能随LPSO相的含量单调升高；当LPSO相含量超过Mg90Ni4Y6时，阻尼性能随LPSo相含量的增多而降低，而Mg90Ni4Y6的阻尼性能最佳。在力学性能方面，随着LPSO相量的增加，抗拉强度、屈服强度和延展性先下降后上升。但是，LPSO相含量最低和最高的两个合金的抗拉和屈服强度非常接近，但延展率大幅下降。综上所述，本研究为优化合金的设计和制备提供了重要参考，为镁合金在工业生产中的应用提供了可靠的技

3、术支持。关键词：Mg-Ni丫合金，力学性能，阻尼性能ResearchonDampingandMechanicalPropertiesofMg-Ni-YAlloyAbstractMagnesiumalloyhasadvantagessuchashighspecificstrength,excellentshockabsorptionperformance,gooddie-castingprocessperformance,andrecyclability,soitisappliedinvariousfields.MgNiYalloyhasoutstandingcastingandmechanic

4、alproperties,andcanachieveoptimalperformanceafterheattreatment.Therefore,studyingtheeffectsofvariousheattreatmentmethodsonmicrostructureandmechanicalpropertiesisveryimportantinindustrialproduction.TheeffectofNiandYcontentsonthemicrostructureandmechanicalpropertiesofalloysreinforcedbyLongPeriodStacke

5、dOrder(LPSO)structurewasstudied.TheresultsindicatethatthestrengthofthealloyincreaseswiththeincreaseofNiandYcontent,buttheelongationcontinuestodecrease.ThisstudyusedtheMgNiYsystemtopreparemagnesiumalloysbymelting.Ontheonehand,theeffectsofNiandYinthealloyonthemicrostructureandmechanicalpropertiesofmag

6、nesiumalloyswerestudied,andontheotherhand,theeffectsofNiandYinthealloyonthedampingperfonanceofmagnesiumalloyswerestudied.Basedonexperimentsanddata,thedesigncompositionofMgNiYalloywasfirstdetermined.Mg85Ni6Y9wasusedasthealloysystemtoobtainacompleteLPSOstructure,andthentheNi/Yratiowasmaintained,Change

7、theMgcontenttoobtainalloyswithdifferentgradientchanges.Keywords:MgNiYalloy,mechanicalproperties,dampingperformance目录1绪论11.1 研究背景31.1.1 纯镁的优缺点31.1.2 镁合金的特点31.1.3 镁合金的强韧化处理41.2 Mg-Ni-Y合金研究现状51.3 研究镁合金的意义61.4 解决镁合金性能问题思路62试验材料和方法62.1 试验材料62.2 合金制备工艺82.2.1 试样切割及磨样82.2.2 熔炼设备及工艺92.2.3 热处理设备及工艺102.3 镁合金的金

8、相观察112.3.1 金相实验112.3.2 试样的检测123试验结果分析133.1 镁合金的合金成分分析133.2 显微组织143.3 镁合金中Ni和Y对阻尼影响163.4 镁合金中Ni和Y对力学性能影响174相关标准、环保与经济性分析174.1 相关标准174.2 环保与经济性分析184.2.1 环保性分析184.2.2 经济性分析185结论19参考文献20致谢211绪论在全球努力实现“碳达峰”和“碳中和”的“双碳”目标背景下，长久以来，强度偏低和抗腐蚀性能较差是阻止+镁合金大规模应用与生活中的两大关键问题。将镁金属合金化（尤其是添加稀土元素）是大幅度提高镁合金强度的方法之一。镁合金作为质

9、量最轻的金属类工程结构材料，其具备比强度高比刚度高，阻尼减震性能优越，电磁屏蔽性好，易于机械加工，成型性好以及节能减排的优点，因此有了21世纪的绿色工程金属结构材料的美誉卬并且我国的镁金属资源丰富，镁合金的产量和出口量均处于前列，研究镁及其合金的特性及应用对我国的经济和社会发展具有重大意义。镁合金作为质量最轻的金属类工程结构材料，其具备比强度高比刚度高，阻尼减震性能优越,电磁屏蔽性好，易于机械加工，成型性好以及节能减排的优点。并且我国的镁金属资源丰富，产量和出口量均位于世界前列，研究镁及镁合金的特性及应用对我国的经济和社会发展具有重大意义。Mg-Ni-Y合金因其高强度和高抗蠕变能力备受关注，经

10、过热处理可以提高其使用性能，所以研究其不同热处理工艺对其性能的影响就显得尤为重要。本实验设计并讨论不同热处理条件对合金性能的影响，改善合金的性能，增强其力学性能。查阅资料，了解合金的背景和使用价值通过查阅相关资料，了解到镁合金的优异性能和研究情况。通过老师所发外文文献了解了镁合金的优越性，深刻认识了研究其的重要意义，完成接下来的实验。Mg-Ni-Y合金有着低密度和高比起强综合性能，可以通过工艺进一步开发具有高阻尼和优良综合力学性能的高性能镁合金。可用于现代汽车生产的零部件。因Mg-Ni-Y合金的低密度和高的综合性能，因此研究其不同的热处理工艺对其性能的影响有着重要意义。资源和能源短缺一直是全球

11、经济发展的一个重要问题。目前，许多金属矿产资源已经枯竭，例如铁、铝、锂等。金属镁是地球上储量最丰富的元素之一，在地球地壳中的含量位列第七位，在常用金属中排名第四。2,3。图1显示了金属镁行业产业链的上游环节主要是自然界中含镁原料的生产及提纯；中游环节是将原镁进行加工处理以待实际应用，例如镁合金、冶金添加原料（铝合金、稀土合金、炼钢脱硫、金属冶炼还原剂等）、镁肥、镁砂等；下游主要为应用环节，以镁合金为例，主要应用领域有汽车、3C（计算机、通讯和消费类电子）行业、航空航天、军工、医疗器械等。在汽车行业，镁合金的主要应用是作为结构材料，与此同时，在3C行业的迅速发展过程中，用户对轻薄兼具良好散热性、

12、阻尼减振和电磁屏蔽等性能的要求让镁合金在3C行业的需求迅速增长。美国的镁产业起源于20世纪80年代的汽车工业。许多著名汽车公司多年来一直致力于新型镁合金汽车零部件的研发和应用。随着镁合金应用的巨大优势的显现，美国政府开始高度关注和重视。镁合金加工技术主要包括压铸、挤压、锻造、冷轧、热轧、粉末冶金、3D打印、表面处理等工艺。这些加工技术可以满足不同形状和性能要求的零部件制造和产品生产，广泛应用于汽车、电子、机械、航空、医疗等领域。加工过程中，需要考虑材料的特性，如熔点低、易氧化、易燃等，同时还需要注意防止镁合金加工过程中产生的火灾和爆炸等安全问题。总体来说，镁合金具有高强度、高韧性、高耐热性和轻

13、量化等特点。需要注意的是，因为大多数镁合金的塑性较差，容易发生表面裂纹等问题，所以在锻造过程中需要控制加热温度、锻造速度和锻造工艺等因素，以保证产品的质量和稳定性。车用镁合金零部件的开发和规模应用近年来发展迅速。镁合金在汽车行业的应用主要集中在轻量化、提高燃油效率、提高安全性能等方面。不过，与钢铁材料和铝合金相比，镁合金目前仍具有一定差距。目前镁合金在结构材料方面已经取得了显著进步，但用于代替目前在市场上较为普遍应用的铝合金仍需进一步研究和改进。近年来研究人员已经对低成本铸造镁合金、高性能铸造镁合金、高强变形镁合金、高成型性变形镁合金、超轻高强变形镁合金、大规格镁合金坯料制备技术、镁基复合材料

14、、镁合金腐蚀与防护、标准、数据库与设计平台等方面展开了大量研究，镁合金工程化技术与装备研究也取得了一些成绩。目前国内镁深加工应用处于上升期，镁合金在汽车、3C领域的应用也不断突破，用量逐年增加。同时，镁凭借其减重、高比强度和比刚度等优势在航空航天领域发挥着重要作用。而高端镁合金材料的应用研究仍存在不足。我国是镁合金生产大国，具有资源优势、技术优势和产业优势，因此大力发展镁合金，对我国的绿色发展具有非常重要的战略意义。镁金属最早被人们所发现是在1808年。戴维这位英国著名的科学家使用金属钾来还原氧化镁，从而得到少量的金属镁。随后，镁金属被定名为Magnesium,元素符号为Mg。20C时总体积热

15、容小于相同条件下的其他金属，所以镁和镁合金的一个主要特点是加热生温和散热能力速度都比其他金属材料快很多。镁金属具有很强的金属活性,直接暴露在空气中会发生腐蚀，贮存时需要注意远离氧气和水。镁自身强大的还原能力，遇到水会直接发生反应，将水分子中的氢原子置换出来，生成氢气。在轻金属合金制造中，镁合金的性能类似铝合金，但因为其自身熔点较低，尚且无法取代铝合金的应用地位。向纯镁中添加合金元素，有助于增强其力学性能。镁合金材料的热阻尼特性良好，非常适于制作抗震零部件。不过，镁合金的屈服强度相较其他金属较低。1.2课题研究内容研究对象为Mg-Ni-Y合金，设计Mg-Ni-Y合金的熔炼实验和其热处理实验，在式

16、样经过热处理后，观察金相组织，硬度测量，拉伸力学性能检测等手段，研究不同热处理对Mg-Ni-Y合金的显微组织及力学性能的影响。1.1 研究背景.纯镁的优缺点金属镁以及镁合金是现如今应用于工程中的最轻的碱土金属材料。镁的原子序数为12。纯镁的密度为1736kgm30纯镁在25时的晶格常数为：a=0.3202nm,c=0.5199nm,晶胞的轴比为ca=1.62373,具有密排六方结构。纯镁的熔点为648.8C,镁的沸点为1107。Co熔点和沸点低于其余金属的熔点和沸点，并且具有较高的比热和膨胀系数，而且在经常使用金属中。镁是银白色的金属，天然镁含量非常丰厚，矿物中的含量约为2.7%,主要作为化合物存在。1.1.2 镁合金的特点人们长期以来大量研究镁