發(fā)布時間：2018-04-19 03:22

  本文選題：強(qiáng)靜磁場 + 鋁合金��； 參考：《上海大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：工業(yè)合金在凝固過程中先析的固溶體初生相常以枝晶形貌結(jié)晶。枝晶組織決定了鑄錠中晶粒和第二相的特征。掌控凝固過程中枝晶形貌的演化對調(diào)控鑄錠組織,提高鑄件性能至關(guān)重要。在材料制備過程中施加強(qiáng)靜磁場,可改變體系內(nèi)物質(zhì)的傳輸行為,從而改變材料的微觀組織。枝晶生長受凝固過程中傳熱和傳質(zhì)的影響,施加強(qiáng)靜磁場可起到影響枝晶凝固過程的效果。本文以Al-4.5wt.%Cu合金和2024鋁合金為實(shí)驗(yàn)對象,使用定向凝固方法及Al-5Ti-1B晶粒細(xì)化工藝,研究了強(qiáng)靜磁場對α-Al固溶體初生相柱狀枝晶和等軸枝晶形貌的影響。有以下主要結(jié)果:磁場改變了Al-4.5wt.%Cu合金定向凝固過程中α-Al初生相柱狀枝晶的形貌。使用001籽晶后,隨著磁感強(qiáng)度的提高,Al-4.5wt.%Cu合金的一次枝晶間距逐漸增大;三次枝晶在二次枝晶臂兩側(cè)非對稱生長,在垂直于枝晶主干的平面內(nèi)得到了“SM”字形形貌;柱狀枝晶間原本連續(xù)粗大的第二相變得分散,第二相的面積分?jǐn)?shù)減小;凝固過程中生成的雜晶數(shù)量增多;磁場改變了Al-4.5wt.%Cu合金柱狀枝晶間的競爭生長過程:高磁場下,非擇優(yōu)枝晶可取代擇優(yōu)枝晶,枝晶陣列表現(xiàn)為在磁場下偏轉(zhuǎn)。為分析上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,使用有限元軟件COMSOL~TM模擬了Al-4.5wt.%Cu合金定向凝固過程中由磁場引發(fā)的熱電磁對流。結(jié)果表明:熱電磁對流在垂直于磁場方向和溫度梯度方向的平面內(nèi)環(huán)繞枝晶主干流動,在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)其強(qiáng)度隨磁感強(qiáng)度的提高而增大。另一方面,熔體內(nèi)的自然對流由于磁制動效應(yīng)隨磁感強(qiáng)度的提高而減弱。Al-4.5wt.%Cu合金三次枝晶的演化與柱狀枝晶周圍的熱電磁對流相對應(yīng),而自然對流與熱電磁對流隨磁感強(qiáng)度的同時變化影響了枝晶尖端和枝晶間溶質(zhì)原子的傳輸,決定了Al-4.5wt.%Cu合金的一次枝晶間距的增大和凝固組織中的微觀偏析的減輕。此外,熱電磁對流對二次枝晶臂的沖刷導(dǎo)致了枝晶臂的溶斷,斷裂的二次枝晶碎片成為雜晶的來源。磁場下非擇優(yōu)枝晶在競爭中獲得優(yōu)勢主要由于熱電磁對流改變了不同位向兩枝晶間高次分枝的生長行為。向Al-4.5wt.%Cu合金中添加Al-5Ti-1B細(xì)化劑后,在凝固過程中可獲得α-Al等軸晶組織。隨著磁感強(qiáng)度的提高,凝固時糊狀區(qū)/液相邊界逐漸變得平直,晶粒尺寸先減小后增大,而第二相的面積分?jǐn)?shù)先增大后減小。COMSOL~TM的模擬結(jié)果表明:在等軸晶周圍同樣存在圍繞晶粒的熱電磁對流。等軸晶的大小和凝固組織中的微觀偏析仍受熱電磁對流與自然對流相互作用的影響。磁場可引發(fā)α-Al等軸晶晶粒取向。α-Al晶粒的310晶向?yàn)槠湟状呕S。在磁場下α-Al晶粒有將310方向轉(zhuǎn)到與磁場方向平行的趨勢。通過對α-Al各晶向磁化率的測量,發(fā)現(xiàn)Cu元素的添加使等效晶面族內(nèi)各晶面的磁化率不再相等,改變了立方晶系磁化率在空間上的對稱性,使α-Al等軸晶晶�？稍诖呸D(zhuǎn)矩作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動。磁場使2024鋁合金柱狀枝晶的一次枝晶間距先減小后增大。無磁場時,添加Al-5Ti-1B細(xì)化劑得到的2024鋁合金等軸晶晶粒為球形,施加磁場后晶粒尺寸增大,形貌變得不規(guī)則。經(jīng)磁場下凝固和T6熱處理后,合金的抗拉強(qiáng)度得到提高。在T6熱處理過程中,磁場下凝固的試樣有更多的第二相溶入到α-Al基體中。這是由于熱電磁效應(yīng)使α-Al基體內(nèi)位錯等缺陷密度提高,有利于固溶過程中溶質(zhì)原子的溶入。枝晶形貌的改變,晶粒內(nèi)溶質(zhì)強(qiáng)化效果的加強(qiáng),以及晶界上有害第二相數(shù)量的減小,使合金的力學(xué)性能得到改善。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG292

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1771371