【摘要】：本文以Mg-15%Zn-34%Y合金為主要研究對(duì)象,研究了凝固壓力對(duì)合金組織和相組成的影響,揭示了新相Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)晶體結(jié)構(gòu),分析了高壓凝固Mg-15%Zn-34%Y合金中各相的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制,解釋了Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相的形成機(jī)理。研究了高壓凝固Mg-15%Zn-34%Y合金以及Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相的力學(xué)性能。不同壓力下凝固的Mg-15%Zn-34%Y合金的組織與相分析結(jié)果表明,凝固壓力顯著影響Mg-15%Zn-34%Y合金的組織與相組成,常壓下凝固時(shí),合金由交錯(cuò)排列的14H板條相(Mg_(12)Zn Y)、W相(Mg_3Y_2Zn_3)和Mg固溶體組成;1GPa壓力下凝固的合金中,W相消失,同時(shí)產(chǎn)生了一種成分為Mg64.093±0.004Zn15.355±0.002Y20.552±0.005(Mg64Zn15Y21)的新相,不同于已知的Mg-Zn-Y合金三元相;2GPa壓力下凝固的Mg-15%Zn-34%Y合金由新相Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)和共晶組織(Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相+Mg固溶體)組成,Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相呈花朵狀形態(tài)。3GPa壓力下凝固后,合金中Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相尺寸增大,體積分?jǐn)?shù)提高。對(duì)Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)新相進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析,結(jié)果表明,Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相為立方晶系,空間群為Fm-3m(no.225),空間常數(shù)為7.16567(27)?;Mg原子有三種位置,Y原子有一種位置,Zn原子有一種位置;在一個(gè)單元中,只有位置(0.5,0.5,0.5)完全被Mg原子占據(jù);位置(0,0,0)、位置(0.25,0.25,0.25)屬于混合位置,由Y/Mg按照0.822/0.178的概率比例、Zn/Mg按照0.307/0.693的概率比例占據(jù)。分析測(cè)試表明,隨著凝固壓力的增加,Mg-15%Zn-34%Y合金中共晶相的共晶間距增大�；诟倪M(jìn)的J-H模型,建立了共晶間距與凝固壓力的定量關(guān)系,利用該式可以預(yù)測(cè)高壓下合金共晶間距的變化。對(duì)高壓凝固Mg-15%Zn-34%Y合金中各相競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制進(jìn)行了研究,比較了各相的形核功、生長(zhǎng)速度等參數(shù),發(fā)現(xiàn)當(dāng)凝固壓力大于一個(gè)臨界值后,Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相的形核功低于14H相和W相,Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相晶胚更容易轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ш?Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相的Mg、Zn、Y含量靠近Mg-15%Zn-34%Y合金的名義成分,晶核需要的全部原子更容易由合金熔體來(lái)直接提供,Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相為熔體原子提供適宜附著的生長(zhǎng)臺(tái)階,有利于提高生長(zhǎng)速率;Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相優(yōu)先形核,且形核率高于14H相和W相,長(zhǎng)大過(guò)程中會(huì)向周圍熔體釋放凝固潛熱從而減少局部熔體過(guò)冷度,使14H相和W相更難形核,并抑制已生成的晶核繼續(xù)生長(zhǎng),甚至消失。對(duì)Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相進(jìn)行了納米壓痕測(cè)試和第一性原理計(jì)算分析。Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相的納米硬度為4.55GPa,楊氏模量為66.09GPa;Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相的三個(gè)獨(dú)立彈性常數(shù)分別為C_(11)=52.53633GPa、C_(12)=27.06729GPa、C_(44)=38.99479GPa;由彈性常數(shù)計(jì)算得該相的體模量為35.55697GPa,剪切模量為24.92971GPa,泊松比為0.21585;通過(guò)Pugh判據(jù)對(duì)Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相的韌性進(jìn)行判斷,該相為硬脆性相;Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相呈各向異性,111為最大原子密度晶向。研究了凝固壓力對(duì)Mg-15%Zn-34%Y合金力學(xué)性能的影響,力學(xué)性能測(cè)試表明。高壓凝固使Mg-15%Zn-34%Y合金硬度、抗拉性能、抗壓性能均發(fā)生了改變。2GPa凝固的Mg-15%Zn-34%Y合金抗拉強(qiáng)度提高到149.72MPa,比常壓凝固的合金提高了近90%,抗壓強(qiáng)度為645.26MPa,比常壓凝固的合金提高了約3倍。綜合分析,提出了凝固壓力對(duì)Mg-15%Zn-34%Y合金力學(xué)性能的影響機(jī)制:壓力通過(guò)改變Zn和Y在Mg固溶體中的固溶度、形成高強(qiáng)新相、改變共晶間距等綜合作用影響合金的力學(xué)性能。隨凝固壓力增加,Zn、Y在Mg固溶體中的固溶度升高,使Mg固溶體相的強(qiáng)度提高;高壓凝固條件下,Mg-15%Zn-34%Y合金形成了Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)高強(qiáng)相,有利于合金抵抗變形,這是合金強(qiáng)度提高的主要原因;研究建立了凝固壓力與共晶相強(qiáng)度(σ_j)之間的關(guān)系式,隨著凝固壓力增加,合金中共晶相的共晶間距變大,共晶相強(qiáng)度下降,不利于合金強(qiáng)度提高。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.22
【圖文】：

可以達(dá)到 770GPa 的壓力，最近實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)超過(guò) 1TPa 的創(chuàng)紀(jì)錄的壓力[49]。圖1-1 為金剛石對(duì)頂砧工作的原理圖[50]。 除了產(chǎn)生的壓力極高之外，由于施壓物為金剛石，其透明的特點(diǎn)使金剛石對(duì)頂砧還具有與大量測(cè)量技術(shù)兼容的優(yōu)點(diǎn)[51-54]。事實(shí)上，幾乎所有電磁波譜中在鉆石中都有優(yōu)異透過(guò)率，使得金剛石對(duì)頂砧可以使用各種輻射探測(cè)方法，包括 X 射線和中子衍射，以及各種光譜技術(shù)(如拉曼和紅外光譜，布里淵散射，可見光和 X 射線發(fā)射/吸收光譜。通過(guò)制造具有嵌入式電極和其他測(cè)量電路的金剛石對(duì)頂砧，可以原位進(jìn)行電和磁特性的測(cè)量[55]。金剛石對(duì)頂砧的缺點(diǎn)是可容納在砧座(由質(zhì)量約 0.2-0.4 克拉的無(wú)瑕疵鉆石制成)中的樣品體積非常小。 當(dāng)測(cè)量手段是需要比較大量樣品的技術(shù)時(shí)(例如中子衍射)，如此小的樣品體積會(huì)導(dǎo)致信號(hào)太弱而無(wú)法被精確測(cè)量。小樣

六面頂壓機(jī)裝置圖

4圖 1-3 六面頂壓機(jī)的頂錘[69]Fig.1-3 Anvil of machine料科學(xué)中的應(yīng)用技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，許多新的高壓材料被發(fā)搜索方法的發(fā)展還提供了理論模擬所需的為指導(dǎo)，以設(shè)計(jì)為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)極大地加快料對(duì)傳統(tǒng)材料產(chǎn)生了挑戰(zhàn)，為未來(lái)多種尖

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本文編號(hào)：2776855