毕业设计开题报告-ZM5镁合金壳体零件热处理工艺研究.doc

毕业设计(论文)开题报告题目：ZM5镁合金壳体零件热处理工艺研究院（系） 材料与化工学院 专 业 金属材料工程 班 级 110305 姓 名 学 号 导 师 2014年12月22日题目：ZM5镁合金壳体零件热处理工艺研究一、毕业设计（论文）综述： 1、题目背景和意义：我国镁矿丰富,储藏量约31.45亿吨,目前已是世界纯镁出口的第一大国。大规模的镁合金铸件应用和生产方兴未艾,因而我国应加强镁合金表面防护技术的研究1,这对深化我国特色资源的加工利用,改善目前我国靠原材料市场出口创汇,优质镁合金制品几乎依赖进口的被动局面显得尤为重要。特别是当前石油价格攀升到历史最高点75美元一桶,节能问题陡显,要求减轻车的自重,采用镁合金制造交通运输工具的零部件,可达到最大的减重效果2-6。 随着能源的紧张、环境的恶化,人们越来越注重轻量化、绿色化制造。作为一种新型的轻型环保材料,镁合金引起了人们的普遍关注。镁合金是目前应用的最轻的金属材料,其密度小(仅为铝的2/3,钛的40%,钢的23.13%),比强度、比刚度高,具有优良的导电、导热性能,良好的加工成形性能以及高回收等特性7-8,另外镁资源非常丰富,因此在航空、汽车等运输行业以及计算机、通讯等产业得到快速发展。同时,镁合金也存在容易氧化燃烧、耐蚀性差、常温力学性能差、高温强度及蠕变性能低等缺点,大大限制了镁合金的发展和应用9。 镁合金具有一系列的优良性能,在汽车、通讯电子、航空航天业、生物医学等领域得到了日益广泛的应用10。目前,镁合金在轿车上的主要应用形式是铸件和压铸件。随着人们节约能源及环保意识的增强,现代汽车工业正朝着燃料效率型轻型汽车方向发展,从而迫使汽车制造商竞相开发镁合金汽车零件以减轻车重,镁合金在降低轿车重量上,无论从短期,还是长期来看都具备开发的潜力及竞争力。降低汽车的自重以降低能源消耗和减少污染(包括汽车尾气和废旧塑料),提出了更迫切的要求,使镁合金的基础研究和开发取得了很大的发展;同时,大量的镁合金零部件被生产出来,以代替塑料、铝合金、甚至钢制零件,有人预计,全世界对汽车镁合金的需求量每年将递增20%以上11-15。镁合金不但具有高的比刚度、比强度的特点，而且减震性好、二次加工性好，是实用工程材料中密度最小的金属材料，是以节能减排为主题的现代社会最具吸引力的一种工程金属材料。随着高速化、舒适化要求的不断提高，以镁合金替代部分壳体零件材料的呼声越来越大；热处理工艺可以提高其生产效率，因此，选择一种合适的镁合金热处理工艺用于壳体具有重要的实际意义。2、国内外相关研究情况16-20 镁合金的研究主要也都是针对镁合金耐蚀性差、耐磨性差、铸造性差及易燃这些缺点而进行的。 1）镁合金的耐蚀性研究 镁平衡电位较低(-21363伏),比铝的标准电位(-11663伏)低,在常用介质中也都很低,如在NaCl溶液中,镁具有所有结构金属中最低的电位;此外,镁的氧化膜疏松(=0179),不像氧化铝膜那样致密而有保护性,所以镁合金的耐蚀性能较差,长期以来阻碍了镁合金的使用。另外,镁有极高的化学活性,当与不同类金属配合时易发生电解腐蚀和微电腐蚀,影响镁合金耐腐蚀性的主要元素是Fe、Cu、Ni等杂质元素。 目前解决镁合金耐蚀性的方法主要有以下几种: 快速凝固:快速凝固提高镁合金的抗腐蚀能力,主要原因是一方面合金化元素在基体中过饱和而增大基体的腐蚀电位,另一方面氧化膜中合金化元素的适当增加而提高氧化膜的稳定性。 表面合金化:在表面形成具有铝的合金层。铝合金表面的氧化膜致密,对合金有很好的保护作用。 表面涂层处理:用物理气相沉积技术能获得非平衡态的镁合金薄膜,并能提高膜中合金化元素的含量,有利于提高镁合金的抗腐蚀能力。在其表面涂上一层环氧树脂涂层,当涂层的阴抗大于临界值时,涂层具有保护性。日本一家公司已经生产出一种镁合金防锈剂,它减少了对环境污染和再处理时带来合金成分变化而损害其加工性的问题,它可在镁合金的表面形成一层纳米级的薄膜,既有良好的电磁屏蔽性,又有好的附着性。 表面氧化处理:表面氧化如微弧氧化是近年来兴起的一种表面处理新技术。利用微弧区瞬间高温烧结作用直接在Al、Mg、Ti等非铁金属表面原位生长陶瓷膜,以提高镁合金的耐蚀性。 2）镁合金的耐磨性研究耐磨性的好与坏主要是合金表面的问题,科学家们在这一方面都做了不少的工作,如阳极氧化、化学镀镍磷等,这一方面在镁合金表面处理中重点介绍。 3）镁合金的阻燃研究21-24 (1)压铸过程中的阻燃:针对镁合金在压铸充填过程中易燃、易氧化的特点,国外目前采取的方式是改进压铸技术,隔绝镁与氧发生反应的条件。利用一定压力的氩气作用在封闭的坩埚内的熔池液面上(通过浸在熔池中的坩埚内的熔池液面上,通过浸在熔池中的泵体将镁合金液定量压出,直接充型压铸)。由以上可以看出,生产镁合金所需要的设备复杂,因而提高了生产成本,这也是我国至今没有在汽车行业大量使用镁合金铸件的原因。针对我国目前大多数压铸机均为普通的冷室铸机的情况,如果镁合金能使用(普通冷室压铸机),那么必将促进镁合金在我国的使用。 (2)添加合金元素阻燃能够降低镁活性的元素是Be和Ca。加入1%的Ca能提高燃点250。含Ca的氧化膜阻止氧液并阻止Mg的挥发,从而提高了燃点。但Ca量过高时,在晶界上出现富Ca金属间化合物,降低力学性能。铍与镁的亲和力大于镁与氧的亲和力,因此可先让镁与氧反应,又因为氧化铍的致密度系数大于1,因此在镁合金中添加适量铍可以防止镁的燃烧。 (3)稀土阻燃研究结果表明,随着Ce添加量的增加,镁合金起燃温度逐渐增加,说明Ce对镁合金的阻燃具有显著作用。国外对于镁及其合金的研究开发较早，到目前镁及其合金材料的开发及应用已进入相对比较成熟的阶段，并已达到产业化的工业规模，其中北美是目前镁及其合金材料用量最多的地区。近年来随着油价的不断上升，作为镁合金的主要应用产业的汽车工业，对镁合金应用需求也在增长，导致世界范围内的镁合金应用竞争更趋激烈，并有对中国进行合围趋势。二、本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 1、设计(论文)研究的主要内容：本文采用相图分析、正交实验、差热分析等方法确定一种适用于壳体零件的镁合金的热处理处理工艺。2、拟采用的研究方案、研究方法或措施本文采用相图分析、正交实验、差热分析等方法确定一种适用于壳体零件的镁合金的热处理处理工艺。制定实验方案如下：ZM5合金相图模拟性能测试正交实验差热分析相图分析组织分析性能测试最佳热处理工艺热处理工艺优化相图修正实验优化 组织分析图1-ZM5-0.8%C2Cl6热处理工艺研究方案三、本课题研究的重点及难点，前期已开展工作（1）本课题研究重点：本文采用相图分析、正交实验和差热分析等方法确定一种适用于壳体零件的镁合金的热处理处理工艺。（2）本课题研究难点：难点：在在进行热处理分析的同时，该如何避免镁被氧化对实验造成的影响。（3）开展工作：a、查询资料，了解相关背景意义及国内外研究情况。b、根据题目要求确定该课题研究的主要内容。c、根据查找的相关资料确定该实验的研究方案、方法和相关措施。d、通过自己的梳理，整理该课题存在的重点难点，通过提出问题-分析问题-解决问题的手段来解决这些问题，提高自己。四、完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写） 设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）：要求学生熟练掌握金相试样制备技术、了解必要性能测试原理和方法。 14年12月 查询资料，实验方案的设计及完成开题报告； 15年01月04月 进入实验阶段，并完成中期报告； 15年04月06月 完成任务书规定基本内容，整理实验数据，完善、补充试验内容 15年06月 完成做毕业论文，进行毕业论文答辩。 注：1、正文：宋体小四号字，行距22磅。2、开题报告装订入毕业设计（论文）附件册。参考文献1材料科学与技术丛书第八卷非铁合金的结构与性能M. 卡恩,哈森,克雷默,等译.北京:科学出版社,1999.34723512白木,周洁.车用材料镁合金J. 金属世界,2002,(2):4253袁序弟.镁合金在汽车工业的应用前景J. 汽车科技,2002,(3):123,204贺岩松,杨诚.镁合金在轻量化汽车中的应用J. 汽车工艺与材料,2002,(6):252275李晓敏.压铸镁合金在汽车中的应用及其发展前景J. 世界有色金属,2001,(9):162186吕宜振,王渠东等.镁合金在汽车上的应用现状J. 铝镁通讯,2001,(2):532557 B.L.Mordike,T.Ebert Magnesium Properties applications potentialJ. Materials Science and EngineeringA.2001,Vol.302:3745.8 肖泽辉,罗吉荣.镁合金铸造生产在我国的现状及其发展对策J. 轻金属,2004,2:4345.9 王渠东,丁文江.镁合金及其成形技术的国内外动态与发展J. 世界科技研究与发展材料科学,2004,26(3):3945.10 Vinarcik E J. LightMetal Advances in the Automotive Industry Part :Aluminum. LightMetal AGE,2001,(6):2227.11 镁合金的功能特性. 特殊钢.1999,48(6):237238 12 翟春泉,曾小勤,丁文江等.镁合金的开发应用. 机械工程材料,2001,1:510 13 Heinz stieger.镁合金压铸笔记本电脑外壳. 特种铸造及有色合金,2000增1 14 孙佰勤.镁合金压铸件在汽车行业中的巨大应用潜力. 特种铸造及有色合金,1998,3:4041 15 袁序弟.镁合金在汽车工业的应用前景. 汽车科技,2002,3:1416 尹守义.国外镁合金新进展. 世界有色金属,1994,7:91017 曹富荣,崔建忠,雷方等.超轻镁合金的发展历史与现状材料工程,1996,9:3518 刘静安.镁合金加工技术发展趋势与开发应用前景. 轻合金加工技术,2001,11(29):1719 吴振宁,李培杰,刘树勋等.镁合金腐蚀问题研究现状. 铸造，20011,10(50):58358620 Rudd A L.The corrosion protection afforded by rare earth conversion coatings applied tomagnesiumJ.Corrosion Science 2000 42;27528821 曹小勤.镁合金熔炼阻燃方法与进展. 轻合金加工技术,1999,27(9):5622黄晓峰.镁合金压铸过程中的阻燃研究与进展. 特种铸造及有色合金,2000,3:454723曾小勤,王渠东,吕宜振等.阻燃镁合金研究. 铸造,1999,6:6724 Ninomiya R,Ojtro T and Kubota K.Improred heat resistance of MgAl alloys by the Ca additionJ.Acta Metall Mater 1995,43(2):66967425 陈宗民,铸造镁合金的应用和技术进展.铸造设备研究.2005(2):44.26Luo A etc. Review cast Magnesium Alloys for Elevated Temperature Application. J Journal of Material Science, 1994(29):5259-5271.27Cahn R W. Materials Science and Technology. NewYork: VCH Publishers Inc. 1996,8128王荣东,等.轿车用阻燃镁