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

17、物存在。1.1.2 镁合金的特点人们长期以来大量研究镁合金的机理，对于金属的一般来讲，镁合金由于具有相对体积质量小、比强度高、阻尼性好、切削加工性好、导热性好以及减振性好等特点，并易于回收。镁合金在宇航、以及交通等方面获得了普遍的运用。随着变形镁合金愈来愈受到重视。但因为镁合金的绝对强度不高，因此不可避免地限制了结构部件的使用。近年来，利用稀土元素来提高镁合金的强度已成为镁合金专研领域的热点银，是一种有害的杂质元素，即使是极少量的银也会大大降低镁合金的抗腐蚀性。常用的镁合金的银含量为001%0.03%。如果要保证镁合金的抗蚀性，银含量不得超过0.005%【司。其次，其耐腐蚀性差限制其了一般的工

18、业用途。因而，一系列的方法被用来改善其耐蚀性在AZ81镁合金中添加Y元素，形成了固溶强化和细晶强化作用。固溶强化是指Y原子置换-Mg基体中的Mg原子，形成晶间畸变并增加位错阻力的过程，从而提高合金的强度和硬度。细晶强化是指因Y元素的加入，合金晶粒逐渐细化，晶内晶界数量增多，从而对位错和变形施加阻力的作用。同时，Y元素的加入还有助于形成热稳定的第二相A12Y。这种第二相颗粒分布在合金基体中，可防止晶体在高温下长时间加热时发生晶粒长大和晶粒边界迁移过程，提高合金的高温稳定性。因此，Y元素的加入可同时产生固溶强化、细晶强化和高温稳定化的作用，提高AZ81镁合金的机械性能和热稳定性。1.1.3 镁合金

19、的强韧化处理人们长期以来大量研究镁合金的机理，如今，镁合金的强韧化的钻研首要会合在特殊第二相的强化、热处理强化、微合金以及工艺的改良等方面，而常常机能优异全是因为多种配合感化的成果。(1)特殊第二相强化镁合金通常包含多种不同的相，如Mg-RE二元相、Mg-Al二元相、Mg-Zn二元相等。这些相的存在影响着镁合金的显微组织和性能表现。除了常见的二元相外，现在一些多元镁合金中发现了一些特殊的多元相，如MgYn-RE合金中的长周期排相(LPS0),这些特殊相可以用于增强镁合金的力学性能和耐高温性。除了LPSO相，Mg3Zn6Y二十面体准晶相等其它特殊相的含量、形貌和分布也可以被适当地调整，以提高镁合

20、金的性能。因此，在镁合金的设计和制备中，多元相的作用和优化也变得越来越重要。I11U(2)热处理强化利用热处理提高合金的性能，可以得到需要的组织状态，明显提高合金的塑性，将合金的强度与硬度得到更大的提高，使合金获得优异的综合力学性能镁合金的热处理有两种基本方式，一种是固溶处理，还有一种为时效处理。经过不一样的热处理方式，在改变特殊第二相性能的同时，也能够得到微小强化相到。固溶温度、固溶时间、时效温度、时效时间是镁合金热处理工艺中的关键因素，不同的因素变量搭配对于合金强度、塑性有着极大的影响匈。固溶处理是一种常用的热处理方法，是在保温过程中将合金加热到一定温度并保温一定时间，将加入镁合金中的Ni

21、和Y等合金元素进一步溶解在基体中，以获得过饱和固溶体。通过固溶处理后，将大大提高了镁合金的力学性能。而固溶时的温度、保温时间的长短及冷却的速度是能够影响固溶处理程度的三个原因【周。因此在进行固溶处理时，温度的选择十分重要。如果选择的温度特别低，强化相和合金元素就无法彻底溶解，从而无法提供所需的强度并且会降低合金的耐腐蚀性。通常情况下，合金中合金元素的固溶体越多，固溶和时效后的合金力学性能越高，合金的固溶处理，热处理时温度迟缓上升到合适的固溶温度不会使共晶化合物融化以至于构成间隙。时效处理是指固溶处理完成后的合金倾向于变为不稳定的过饱和固溶体并自行发生分解。在室温或低温下，加热并且维持一段时间后

22、，会产生过饱和固溶体分解，得到第二相和其连续沉淀的现象，可大大使合金的力学性能获得增强。固溶处理后再进行人工时效能够提升合金的塑性和硬度，但是这种强化方法会降低合金材料的韧性。时效分为自然时效和人工时效，但是因为镁合金中的合金元素的扩散激活和其他金属相比较低，所以一般采用人工时效，在低温加热后保持持一定的时间来改变镁合金的力学性能【如。1.2 MgNiY合金研究现状镁合金以其优异的机械性能和抗腐蚀性能，被广泛应用于航空航天、汽车、电子、医疗器械等领域。在这些应用领域中，通常需要材料具有优异的阻尼性能以提高其耐久性和安全性能。阻尼镁合金在上述领域的应用需求中得到了广泛关注，成为研究和开发的热点对

23、象。目前，阻尼镁合金的研究已经取得了长足进展。阻尼性能主要是由位错机制所决定，阻尼值受到多种因素的影响，包括内部因素和外部因素。内部因素如合金成分、晶粒尺寸、晶粒方向、热处理工艺和冷加工变形量等，外部因素如应变振幅、温度和频率等。通过改善复合材料的微观组织和控制影响其阻尼性能的因素，可以提高其阻尼性能。Mg-NiT合金是一种被广泛研究和应用的阻尼镁合金。在这种合金中，纯镁中添加Ni可以形成Mg2Ni相，从而改善其吸氢放氢热力学和动力学性能。同时，改变Ni和Y的含量可以调控合金的微观组织和力学性能。具体而言，随着Ni和Y含量的增加，合金的强度提高，但延展性降低。此外，阻尼性能随LPSO相含量的增

24、加而升高，但当LPSo相含量超过一定值时，阻尼性能反而降低。综上所述，阻尼镁合金材料已经成为许多领域重要的材料，其研究会对其进一步应用和开发产生深远的影响。但仍需进一步提高其性能。而且其可以经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划。镁合金是一种重要的轻质高强工程材料，但其塑性较差，耐腐蚀性能差，热处理强化效果差，高温性能低等缺陷制约其发展。目前，镁合金向高温高韧性发展，需要添加合金元素来提高其力学性能。材料的性能与显微组织密切相关，通过添加不同的合金元素并采用不同的热处理等方法，可以改变镁合金的显微组织，从而提高其性能。稀土元素Y在镁合金中作为一种强

25、化元素，具有很好的固溶和时效强化效果。我国在镁含量方面处于领先地位，已成为镁合金研究和生产的重要国家。通过添加少量或微量的稀土元素，可以有效提高镁合金的强度。近来，一些新的合金材料，如AE系、ZC系合金等也有所发展，但这些工艺生产的镁合金规格较小，成本较高，且塑性和耐腐蚀性能较低。因此，开发成本较低的大型、高强度、良好耐腐蚀性能的镁合金是当前研究的重点。网。1.3 研究镁合金的意义由于中国拥有丰富的镁资源，其生产和使用对国家经济和社会发展具有重要意义。Mg-NiT镁合金是储氢性能最优秀的一种材料之一，其储氢质量密度高达7.6wt.%,具有安全可靠、环保可循环等优点。然而，镁合金的储氢性能存在吸

26、放氢温度高、吸放氢速度慢等问题，影响了其商业化应用。因此，降低镁合金的吸放氢温度、提高吸放氢速度成为目前研究的重点12叽因此，研究不同热处理对其显微组织与力学性能的影响在各领域中都具有十分重大的意义。本实验设计并探讨不同热处理对Mg-Ni丫合金的显微组织及力学性能的影响，使其基本力学性能得以提高，为Mg-NiY合金的发展做一份贡献。1.4 解决镁合金性能问题思路研究目的是通过对Mg-Ni-Y合金进行不同的热处理工艺，研讨其显微组织与力学性能的影响，最终达到优化合金组成以及提升其基本力学性能的目的，进而加大镁合金使用领域。将Mg-Ni-Y合金熔炼后选用铸锭中心区域为合金试样，对合金试样进行制样处

27、理，制样后观察其原始组织，如晶粒尺寸，相组成、大小及分布等；测量其原始硬度及其拉伸性能等。对Mg-Ni-Y合金试样分别采用不一样的热处理工艺，将处理后的样品制样处理，分别观察原始组织（晶粒尺寸，相组成、大小及分布等），测量其处理后的硬度及其拉伸性能等。将三组实验数据与其初始数据进行比较，分析试验数据并得出最终结论。2试验材料和方法2.1 试验材料本文研究的材料为Mg-Ni-Y,Ni会降低镁合金的抗腐蚀性，加入0.5wt%Ni造成在180C下时效之后后拉伸性能明显提高20。在工业制备的镁合金中加入稀土元素Y的目的是进行细化晶粒，镁合金中Y的含量增加会进一步加强晶粒细化效果。随着Y含量的增加，工业

28、镁合金的屈服强度和抗拉强度也会增加，但是存在一个最大值后又会随着Y含量增加而降低的趋势。因此，为了达到高强度的目的，可以在工业镁合金中适量地添加稀土元素Y。通过金相观察，可以发现镁合金试样的微观组织主要由黑色的-Mg固溶体、灰色骨架状的B-Mgl7A112相和白色枝状的A12Y相构成。镁和铝构成的Mg-Al共晶温度为427,而镁和稀土元素Y共晶的稳定温度为566,因此镁和Y的化合物比Mgl7A112更稳定。表2.1Mg-Ni-Y合金的元素添加成分设计AlloyNo.名义成分实际成分(wt.%)(wt.%)Mgioo.MgNiY2.33NiY1.33Alloy1Alloy2Alloy3X=IBa

29、l.2.304.70X=2BaL4.408.95X=3Bal.6.4012.80表2.1Mg-Ni-Y合金的元素添加成分设计AlloyNo.名义成分(wt.%)实际成分(wt.%)Mgioo-2.33NixY1.33xMgNiYAlloy1X=IBal.2.304.70Alloy2X=2BaL4.408.95Alloy3X=3Bal.6.4012.802.2 合金制备工艺铸造实验的初步准备工作为合金成分设计、工艺拟定和模具设计、采取金属浇筑方式进行液态成型，以获得铸锭。2.2.1 试样切割及磨样在合金熔炼前需要将其切割成小块方便熔炼线切割机如图2.2所示在机器运行过程中不应擅自离开机器检查其运

30、行过程是否发生异响若有异常响动则应立刻停止仪器运行检查运行情况。在切割后应用较粗的砂纸打磨掉其外表面金属氧化膜，熔炼过程应减少熔炼金属表面氧化膜。图2,1线切割机2.2.2 熔炼设备及工艺在合金熔炼过程中使用的中频感应炉的图片如图2.2所示。该设备是一个感应加热装置，主要由感应加热器、炉体和保护气体循环系统组成。炉体分为炉基和炉腔，用于容纳待加热物料。感应加热器是设备的核心部分，通过交变电磁场来实现物料加热。冷却水循环系统包括水泵、水循环管道、电机、储水箱和冷却风扇，用于对系统进行冷却。保护气体循环系统通过通道将纯净敏气输送到炉腔内，起到隔绝空气氧化、保护待加热物料的作用。图2.2熔炼炉操作步

31、骤为:（1）检查水循环系统以及保护气体系统的密封性，以确保没有水和气体能够泄漏以及氮气罐中有足够实验所需的僦气。（2）打开水循环系统并将其运行5min,然后将所熔合金按顺序放入堵烟中，并使保护气体在试样正上方流过。（3）打开中频加热系统，将电源关闭，让逆变器运行，当电流为25A时保持其温度不变，对用烟和合金进行预热；（4）在中频感应熔炼合金时，可使中频电流分别在35A和45A下保持5分钟，升温加热合金，当电流升至45A时，合金开始逐渐溶解，然后将电流增大至50A,使合金迅速熔化。大多数镁合金可以在10分钟内完全熔化。在熔炼后，应将溶液静置2分钟。（5）中频感应系统具有其自身的电磁搅拌功能，因此

32、在熔炼之后，应将溶液静置2分钟以减少成分的偏析，然后将耐崩取出迅速用加盐的纯净水冷却并浇铸到模具中。（6）结束后，停止输送氧气，当炉体温度降到40C以下时关闭水循环系统。合金的熔炼过程在中频感应熔炼炉中进行，并铸造出最终模具。在熔炼过程中要注意以下的细节。原料：合金原料不可以切得太小，不然会增加金属表面氧化膜的面积，用较粗的砂纸仔细磨掉镁合金表面的金属氧化膜，然后按顺序将金属放在堵烟里面。模具：检查模具表面，确保表面干净整洁，用无水乙醇洗濯；在模具腔内均匀涂料；在150下预热，一直到浇注。浇注：浇注之前，将生竭的溶液除渣，浇注后，将模具置于细砂内，降温至室内温度，将铸件取出。将原料以及铸件切割

33、后，需要用到的选定区域是铸件的中心区域。2.2.3 热处理设备及工艺图2.3为热处理过程中使用的热处理炉。合金强化过程总体上是元素的固溶强化以及时效强化。首先溶解一部分低温相，然后将温度上升到360C,保温36h,并用水冷却。固溶处理后，将合金分为两组进行时效处理，一组进行传统的单级时效，将试样在180保温12h,用水冷却取出后将氧化皮用砂纸磨去，打时效硬度，并测定时效硬度曲线。取得单极时效处理对合金显微组织和力学性能的影响的结果。图2.3热处理炉2.3 镁合金的金相观察2.3.1 金相实验(1)取样：取得经过热处理前后的样品进行金相组织观察。(2)样品制备：首先使用粗糙度为低至高(280#-

34、1500#)的砂纸对试样进行粗磨，每道砂纸磨完后需在同一方向上出现且仅出现一致的划痕，之后将试样扭转90并在另一张砂纸上继续磨削。接着使用粒度为2000#和3000#的砂纸和一定量的蒸储水进行细磨，至试样表面没有明显划痕后，经过抛光处理。(3)腐蚀：将经过抛光处理的试样浸泡在腐蚀液中约6-8秒，直到出现金属表面的气泡，随即用水和去水无水乙醇进行冲洗，待干燥后便可进行金相组织观察。(4)拍照：利用金相显微镜观察显微组织，并拍摄金相照片，记录不同倍数情况下的照片，观察合金晶粒形态和第二相分布规律硬度测试样品的制备：切取2020X20(mm)的试样，并用800井和1500#砂纸打磨以确保样品外表面光

35、滑。使用铳床制备5mm的拉伸试样，如图所示。图2.3拉伸试样的尺寸2.3.2 试样的检测(1) X射线衍射(XRD)使用DX.2500型X射线衍射仪分析合金相组成，以Ni靶做靶材，扫描速度是5min,扫描角度的范围是20至80。(2)光学显微分析(OM)样品制备之后，用MC190HDLeica光学显微镜观察铸造合金和热处理合金的微观结构，并收集100倍到500倍的金相组织照片。(3)扫描电子显微镜(SEM)扫描电子显微镜ZEISSEvoMA-15用于表征合金的微观结构和拉棒断口(4)显微硬度检测(HV)通常使用弹性回跳法、压入法和划痕法测试硬度21。硬度试验易于操作，快速且不损坏工件，因此硬度

36、测试己广泛用于生产和科研中，尤其是压痕硬度测试。常用的硬度实验方法及适用范围如下：布氏硬度：可用于各种非铁合金、铸铁、各类退火和调质钢，但其不适用于测量坚硬，过于小，薄并且外表面有大凹痕的样品。洛氏硬度：热处理后，根据硬度等级检测出金属材料的性能。维氏硬度：可以测量较软或较硬的材料，测量时试样表面应该保持光滑平整，例如薄层材料及材料表层的硬度测定。本次实验选用HVS-100Oz型显微硬度测试仪测试当载荷为25g,加载时间为15S时的合金在不同状态下的显微硬度。当合金上出现菱形压痕时，对角线测量数据，平均值在5个点测量，维氏硬度计如图2.4所示。图2.5维氏硬度器（5）拉伸力学性能检测选用DNS

37、Ioo型电子万能试验机进行拉伸实验，经过多次试验后，最合理的值用作最终结果。3试验结果分析3.1镁合金的合金成分分析结合文献资料，确定了Mg-Ni-丫合金的设计成分，以Mg85Ni6Y9为获得完全LPSO结构的合金体系，再保持Ni/Y比，改变Mg含量来获取不同梯度变化的合金。稀土镁合金由于其耐高温、高强度的良好性能，被广泛地应用于航天航空、汽车以及电子产品中。表3.1几种镁合金成分aat%NiY(at%)Mg(wt%)Ni(wt%)Y(wt%)1Mg85Ni6Y963.412.0424.562Mg875Ni5Y756/968.899.5121.63Mg90Ni4Y673.348.7717.89

38、4Mg925Ni3Y4579.036.914.075Mg95Ni2Y385.324.839.856Mg97.5NiIYI592.262.555.19Mg-Ni-Y合金铸态和固溶态组织观察图3.1XRD的分析结果，能够了解铸态Mg-Ni-Y合金的晶界共晶组织由Mg+Lpso相+Mg24Y5组成。可以看出，可以假设共晶组织包含更多的Lpso相和更少的Mg24Y5在铸态Mg-Ni-Y合金之中，Y元素总体上以Mg24Y5的形式存在，如果镁合金中的Y元素含量较低时，合金中的Mg24Y5相含量也较低。这时分散在晶粒内部的相，能够有效地固定位错，并限制位错的运动以增强合金基体从而增强晶界增强合金的力学性能。

39、但是镁合金中Y量的增长会导致组织中Mg24Y5相数目增加并且沿着晶界聚集，从而使合金成分不均匀，合金就会降低其力学性能口】。图3.1Mg-Ni-Y合金的XRD图谱3.2显微组织图 3.2 Mg97.5NilY1.5Mg95Ni2Y3图 3.3 Mg92.5Ni3Y4.5Mg90Ni4Y6图 3.4 Mg87.5Ni5Y7.Mg85Ni6Y9图3.3显示了铸态和固溶态情况下不同的合金试样的光学显微组织。从该图可以看出，除了基体相之外，MgNiY合金还具有主要分布在晶界处的网络共晶化合物相由图3.2可以看出，经过固溶处理后，Mg-Ni-Y合金铸态组织中分布在晶界的共晶化合物晶体都已经完全固溶到基体

40、中，晶粒明显长大，并且发现有颗粒状难溶相主要分布在晶粒内和晶界处。金相中的长条状相为LPSC）相，随着Ni、Y含量的整体增多，长条状LPSC）相明显增多，而且随着Ni、Y含量的整体增大，Mg97.5NilY1.5呈现网络状的分布，还没有明显的长条状；Mg95Ni2Y3既有块状形貌，也有长条状形貌；Mg92.5Ni3Y4.5长条状相长度变长，块状相减少；Mg90Ni4Y6基本全部为长条状相；Mg87.5Ni5Y7.5和Mg85Ni6Y9中虽然也呈现长条状相，但Mg87.5Ni5Y7.5中含量和长度有所减少，Mg85Ni6Y9中长条状相的长度进一步减小。跟文献资料对比，完全长周期相的Mg85Ni6

41、Y9理论上应全部为细长条状组织，但此次熔炼，由于Ni-Y中间合金的用量增多，导致熔炼时间延长，表面氧化和烧损严重，由此可能引入了不必要的杂质,故使组织发生变化。3.3 镁合金中Ni和Y对阻尼影响深入研究镁合金的阻尼机理是实现制备高阻尼性能镁合金的重要基础工作，也是当今高性能镁合金研究的一个重要而有意义的研究方向。目前，针对金属材料的阻尼机理，主要可分为位错型阻尼、复相型阻尼、铁磁型阻尼、挛晶或晶界型阻尼等几类。为了研究镁合金的阻尼情况我们采用了美国TA公司生产的动态机械分析仪（DMAQ800）研究单悬臂振动模式下的阻尼能力【24的应变振幅阻尼曲线如图3.2所示。可以清楚地看到，图3.2被分为两

42、个阶段。图3.5应变振幅实验方案中预期结果为：（1）阻尼性能随LPSo相的含量的增多而单调升高；阻尼性能随LPSO相含量的增多先升后减。测试结果符合第二条预期，说明Mg-Ni-Y合金中LPSo相对阻尼性能的影响并不是越多越好，存在中间极大值。这六个合金中，Mg90NLY6的阻尼性能最好，当LPSC）相含量少于Mg90Ni4Y6的时，阻尼性能随LPSC）相含量的增多而升高；当LPSC）相含量超过Mg9Ni,Y6时，阻尼性能随LPSe）相含量的增多而降低MgM5Ni5Y75的阻尼性能最好。（2）虽然随着LPSC）相含量的增多，阻尼性能先升后降，但是Mg875Ni5Y75和MgssNieYg这两个L

43、PSC）相含量最高的合金的阻尼性能还是比LPSo相含量低的三个合金要高。（3）LPSO相含量较少时，每升高一个成分梯度，阻尼性能的升高变化非进一步观察发现，（4）Mg90Ni4Y6的阻尼性能只是在高频下最好，而低频下，常明显；而LPSo相含量较高时，每升高一个成分梯度，阻尼性能的降低变化变得缓慢，尤其是在应变103时，Mg875Ni5Y5和Mg85Ni6Y9两个合金的阻尼曲线几乎重合。在镁合金的阻尼曲线中，通常存在两个不同的阻尼阶段。第一个阶段称为应变振幅无关阻尼阶段，当应变振幅相对较小时，合金的阻尼值几乎不随应变振幅的增加而改变，所以阻尼曲线几乎为一条直线，表明此时应变振幅对阻尼值的影响很小

44、。而当应变振幅超过一个临界值时，合金的阻尼性能急剧上升，这是第二个阶段，也称为应变振幅相关阻尼阶段。3.4 镁合金中Ni和Y对力学性能影响(EdW)SSaUS662 2 2018图3.6镁合金应力的应变曲线从图上来看，随着LPSO相含量的增加，抗拉强度、屈服强度和延伸率都是先下降后上升，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，但延伸率有极大的下降。另外，处在中间成分的两个合金几乎没有延伸率，在弹性阶段即发生断裂。4相关标准、环保与经济性分析4.1 相关标准热处理实验时参考的国家标准为QJ2906A-20ll的镁合金热处理；熔炼实验时参考的国家标准为QJ1635-1989的铸

45、造镁合金熔炼规范；金相观察时参考的国家标准为GB/T13298-2015金属显微组织检验方法；硬度测定选择维氏硬度,参考标准为GBT4340.1-2009维氏硬度实验方法；4.2 环保与经济性分析4.2.1 环保性分析镁合金在日常生活中不会对环境造成太大污染，不会在使用过程中产生对环境有害的气体。在环保意识深入民心的当今天下，镁合金与无法在次利用的加碳铁粉的塑料或是与含有有毒阻燃剂的阻燃塑料相比，具有相当大的优势。只需花费相当于新材料的5%的费用，就可以将其全部回收在次利用。在实验过程中我也时刻考虑了环保问题。在熔炼过程中往熔炼炉中通入氢气，减少熔炼中烟的产生;冷却水每次都不浪费，节约了用水。

46、在磨金相过程砂纸反复使用，尽量节约了砂纸节约了水;自配的腐蚀液在稀释后倒入水池，不会对环境造成污染;将酒精装进塑料喷壶中使用;被废弃的实验物品也有很好的分类处理。而切割金相和拉伸试样的实验过程也不会造成浪费和污染，在实验的每个阶段做到了节约环保的良好习惯。4.2.2 经济性分析地球上氢资源储存丰富丰富。氢广泛存在于地球上，空气和海洋中蕴含着取之不尽的氢元素，氢燃料电池本身就是能源再生、重复利用的过程。展示的热点，汽车行业对镁合金的需求不断增长，这是因为镁合金作为一种轻质、高强度的金属材料，具有优异的耐高温性能、优良的抗腐蚀性、可回收性和良好的阻尼特性，可以帮助汽车实现轻量化，提高燃油经济性和安

47、全性能，同时减少废物和污染物的排放。随着世界汽车工业的快速发展，未来随着汽车保有量的不断增力口，镁合金对汽车工业的需求将持续增长。目前，北美、欧洲、日本和韩国等发达国家和地区已经广泛应用镁合金在汽车制造中，而我国汽车镁合金产业的总体技术水平相对较低，还需要加大镁合金汽车零部件的研发和应用力度。因此，我们需要加强镁合金的研究和开发，改进镁合金的物理力学性能和耐高温性能，扩大镁合金在汽车工业中的应用范围，以推进汽车轻量化和可持续发展。同时，我们还需要更多地开展技术交流和合作，促进我国汽车工业的快速发展和提高我国的国际竞争力12%从个人本次实验的经济来说，在实验过程中尽可能减少了实验成本，参与实验人员共用砂纸，研磨膏，抛光布二百元，一罐氯气二百元，实验所用器材是学校免费提供的，平均下来本次实验费用在100到150元之间，并且重复使用实验材料以减少费用，考虑到了资源循环性。本次实验在经济和效果兼得的情况下取得了很大的结果。5结论本文研究采用Mg-Ni-Y体系，通过对多个式样研究，进行熔炼制备Mg-Ni-Y合金在经固溶处理后，Mg-Ni-Y合金铸态、时效处理后的力学性能，得到以下结论。(1)相中的长条状相为LPSO相，随着Ni、Y含量的整体增多，长条状LPSc)相明显增多，而且随着Ni、Y含量的