【摘要】：鎂作為一種典型的密排六方結(jié)構(gòu)(Hexagonal Close-packed)金屬,其枝晶形貌和生長取向受到多種因素的影響,目前對鎂合金中α-Mg枝晶生長模型的描述以及多樣性的起源等問題的研究都比較缺乏。本文主要研究鎂合金凝固過程α-Mg(X)枝晶生長選擇多樣性的形成機(jī)理以及固溶合金元素(Al,Ca,Zn和Sn等)、固溶元素含量(溶質(zhì)濃度)和溫度條件(溫度梯度、冷卻速率等)對α-Mg枝晶生長選擇和演化的影響�；谥饕芯績�(nèi)容,制備了不同工藝條件下的Mg-Sn,Mg-Ca和Mg-Zn等二元亞共晶鎂合金,利用同步輻射X射線斷層掃描技術(shù)(Synchrontron X-ray Tomography)對不同條件下鎂合金α-Mg枝晶三維微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,獲得了千姿百態(tài)的α-Mg枝晶形貌并基于其形貌特征提出了多種α-Mg枝晶生長模型,深入分析了導(dǎo)致α-Mg枝晶生長選擇多樣性的因素;其次,開展了鎂合金凝固過程三維微觀結(jié)構(gòu)演化的原位表征研究工作,探索了固溶元素、固溶元素含量以及冷卻速率對鎂合金凝固過程α-Mg枝晶微觀結(jié)構(gòu)演化的影響,得出了諸多有價(jià)值的結(jié)論。研究結(jié)果表明,固溶元素、固溶元素含量以及枝晶生長條件(等軸定向生長)等因素都會對鎂合金中α-Mg三維枝晶形貌和擇優(yōu)取向產(chǎn)生重要影響。在MgCa(hcp-fcc)合金中,枝晶傾向于以112 0和224 5為擇優(yōu)方向。在Mg-Sn(hcpbct)合金中,等軸生長的枝晶沿著基面上112 0和偏離基面的112 X(X≈2)方向形成一種18次分支的結(jié)構(gòu),定向生長的枝晶則近似胞狀結(jié)構(gòu)。在Mg-Zn(hcphcp)合金中,α-Mg枝晶的擇優(yōu)取向會隨著Zn含量的增加從112 0方向朝偏離基面的112 X方向發(fā)生連續(xù)轉(zhuǎn)變(X隨Zn含量變化而增大),并在轉(zhuǎn)變的過渡區(qū),發(fā)現(xiàn)了超支化的藻狀枝晶結(jié)構(gòu),其原因可能是高各向異性Zn元素的引入帶來的固液界面自由能各向異性的變化。鎂合金凝固過程中三維微觀結(jié)構(gòu)演化的原位表征結(jié)果表明,固溶元素對凝固過程枝晶演化的影響主要體現(xiàn)在熔體過冷度以及溶質(zhì)的擴(kuò)散和再分配等方面。而在不同Zn含量Mg-Zn合金中,其差異不僅表現(xiàn)在枝晶分支結(jié)構(gòu)和生長取向的連續(xù)轉(zhuǎn)變,在形貌上,枝晶的尖端半徑和枝晶臂間距也隨著Zn含量的增加而減小,枝晶更加精細(xì)(fine)。另外,隨著冷卻速率的增加,枝晶明顯細(xì)化,但在冷卻速率較大的條件下,其孔洞和裂紋等缺陷也愈發(fā)嚴(yán)重。本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一定程度上揭示了凝固過程中復(fù)雜多樣的α-Mg枝晶生長選擇多樣性演化的規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.22

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 焦育寧,劉清民,楊院生,葛云龍,胡壯麒;流體受迫流動(dòng)下的柱狀枝晶非對稱生長[J];材料工程;1993年07期

2 朱鳴芳,陳晉,孫國雄,洪俊杓;枝晶生長的數(shù)值模擬[J];金屬學(xué)報(bào);2005年06期

3 丁恒敏,劉瑞祥,陳立亮,劉晶峰;用Cellular Automaton模型方法模擬二元合金枝晶生長[J];中國鑄造裝備與技術(shù);2005年02期

4 李向明;陳明文;王自東;;在強(qiáng)加來流作用下二元系中枝晶生長的穩(wěn)態(tài)解[J];北京科技大學(xué)學(xué)報(bào);2008年06期

5 單博煒;黃衛(wèi)東;林鑫;魏雷;;元胞自動(dòng)機(jī)模型模擬枝晶一次間距的選擇[J];金屬學(xué)報(bào);2008年09期

6 王懷志;張殿喜;王智平;馮力;;對流對枝晶生長影響的數(shù)值模擬研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2009年S1期

7 何樹先;王俊;;同步輻射成像在枝晶生長研究中的應(yīng)用[J];鑄造技術(shù);2013年07期

8 安閣英;劉立新;;胞晶—枝晶轉(zhuǎn)變理論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J];金屬科學(xué)與工藝;1986年02期

9 黃aF,毛協(xié)民,周堯和,魯?shù)卵?毛志英;擴(kuò)散控制的強(qiáng)制性枝晶凝固[J];西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1988年02期

10 黃aF;魯?shù)卵?周堯和;;強(qiáng)制性枝晶的側(cè)向分枝[J];西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1988年01期

相關(guān)會議論文 前6條

1 馮科;韓志偉;羅利華;毛敬華;王勇;丁永立;;連鑄三維宏觀傳輸模型-枝晶凝固微觀特性的耦合研究[A];連鑄二次冷卻技術(shù)交流會論文匯編[C];2005年

2 孫東科;朱鳴芳;;CA-LB模型模擬對流枝晶生長[A];2007年全國博士生學(xué)術(shù)論壇（材料科學(xué)與工程學(xué)科）論文集[C];2007年

3 王金龍;王福明;張炯明;任嵬;龔雅林;;CAFE模型機(jī)理研究及應(yīng)用[A];第五屆中國CAE工程分析技術(shù)年會論文集[C];2009年

4 朱晶;王同敏;曹飛;謝紅蘭;陳宗寧;伏洪旺;李廷舉;;金屬合金枝晶形貌演變原位可視化[A];第十二屆全國鑄造年會暨2011中國鑄造活動(dòng)周論文集[C];2011年

5 徐錦鋒;揚(yáng)帆;翟秋亞;;工業(yè)球墨鑄鐵中暈圈枝晶的形成條件[A];第十二屆全國鑄造年會暨2011中國鑄造活動(dòng)周論文集[C];2011年

6 王桂峰;沈理達(dá);田宗軍;劉志東;黃因慧;;射流電沉積促使下枝晶的可控生長[A];第14屆全國特種加工學(xué)術(shù)會議論文集[C];2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 鄭文健;Al-Cu合金焊接熔池凝固枝晶動(dòng)態(tài)生長機(jī)制的相場研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

2 宇紅雷;定向凝固晶粒競爭生長行為研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2015年

3 李發(fā)國;亞共晶鋁銅合金凝固組織演變及其形貌形成機(jī)理的同步輻射研究[D];上海交通大學(xué);2015年

4 帥三三;鎂合金凝固過程三維枝晶形貌演化研究[D];清華大學(xué);2016年

5 劉晶峰;過冷熔體枝晶生長的計(jì)算機(jī)模擬仿真[D];華中科技大學(xué);2006年

6 王君;純物質(zhì)凝固過程枝晶生長現(xiàn)象的研究和模擬[D];昆明理工大學(xué);2002年

7 于艷梅;過冷熔體中枝晶生長的相場法數(shù)值模擬[D];西北工業(yè)大學(xué);2002年

8 田衛(wèi)星;純金屬凝固過程枝晶生長的相場法研究[D];山東大學(xué);2007年

9 袁訓(xùn)鋒;強(qiáng)制對流影響凝固微觀組織的相場法研究[D];蘭州理工大學(xué);2011年

10 陳晉;基于胞元自動(dòng)機(jī)方法的凝固過程微觀組織數(shù)值模擬[D];東南大學(xué);2005年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 呂星;鋁合金凝固組織CA-PF耦合模擬研究[D];南昌大學(xué);2015年

2 晉家春;梯度磁場下Ni_(70)Cu_(30)過冷熔體中的枝晶生長與晶粒細(xì)化[D];東北大學(xué);2013年

3 鄧曉婷;梯度磁場下Ni_(50)Cu_(50)和Ni_(99)B_1過冷熔體中的枝晶生長動(dòng)力學(xué)[D];東北大學(xué);2013年

4 李碩;半固態(tài)球狀枝晶形成過程的相場法數(shù)值模擬[D];南昌航空大學(xué);2015年

5 崔曉亞;三維分形銀枝晶的可控制備及銀漿應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2015年

6 劉波祖;合金凝固過程枝晶生長的界面前沿跟蹤法模擬[D];山東建筑大學(xué);2016年

7 劉丁銘;內(nèi)生枝晶相Ti基非晶復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與制備研究[D];東北大學(xué);2014年

8 閆康;二次鋰電池的鋰金屬負(fù)極電化學(xué)行為優(yōu)化[D];北京理工大學(xué);2016年

9 陳靜波;基于相場法激光沉積石墨-銅梯度復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)研究[D];華東交通大學(xué);2016年

10 王剛剛;基于PF-LBM模型二元合金枝晶生長的三維模擬研究[D];蘭州理工大學(xué);2016年

，

本文編號：2551130