【摘要】：本文以Mg-15%Zn-34%Y合金為主要研究對象,研究了凝固壓力對合金組織和相組成的影響,揭示了新相Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)晶體結構,分析了高壓凝固Mg-15%Zn-34%Y合金中各相的競爭機制,解釋了Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相的形成機理。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,合金由交錯排列的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,體積分數(shù)提高。對Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)新相進行機構分析,結果表明,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的J-H模型,建立了共晶間距與凝固壓力的定量關系,利用該式可以預測高壓下合金共晶間距的變化。對高壓凝固Mg-15%Zn-34%Y合金中各相競爭機制進行了研究,比較了各相的形核功、生長速度等參數(shù),發(fā)現(xiàn)當凝固壓力大于一個臨界值后,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臺階,有利于提高生長速率;Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相優(yōu)先形核,且形核率高于14H相和W相,長大過程中會向周圍熔體釋放凝固潛熱從而減少局部熔體過冷度,使14H相和W相更難形核,并抑制已生成的晶核繼續(xù)生長,甚至消失。對Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相進行了納米壓痕測試和第一性原理計算分析。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)相的三個獨立彈性常數(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Pugh判據(jù)對Mg_(64)Zn_(15)Y_(21)相的韌性進行判斷,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Mg-15%Zn-34%Y合金力學性能的影響,力學性能測試表明。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合金抗拉強度提高到149.72MPa,比常壓凝固的合金提高了近90%,抗壓強度為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Mg-15%Zn-34%Y合金力學性能的影響機制:壓力通過改變Zn和Y在Mg固溶體中的固溶度、形成高強新相、改變共晶間距等綜合作用影響合金的力學性能。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)高強相,有利于合金抵抗變形,這是合金強度提高的主要原因;研究建立了凝固壓力與共晶相強度(σ_j)之間的關系式,隨著凝固壓力增加,合金中共晶相的共晶間距變大,共晶相強度下降,不利于合金強度提高。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.22
【圖文】：

可以達到 770GPa 的壓力，最近實驗室中已經(jīng)實現(xiàn)超過 1TPa 的創(chuàng)紀錄的壓力[49]。圖1-1 為金剛石對頂砧工作的原理圖[50]。 除了產(chǎn)生的壓力極高之外，由于施壓物為金剛石，其透明的特點使金剛石對頂砧還具有與大量測量技術兼容的優(yōu)點[51-54]。事實上，幾乎所有電磁波譜中在鉆石中都有優(yōu)異透過率，使得金剛石對頂砧可以使用各種輻射探測方法，包括 X 射線和中子衍射，以及各種光譜技術(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。通過制造具有嵌入式電極和其他測量電路的金剛石對頂砧，可以原位進行電和磁特性的測量[55]。金剛石對頂砧的缺點是可容納在砧座(由質(zhì)量約 0.2-0.4 克拉的無瑕疵鉆石制成)中的樣品體積非常小。 當測量手段是需要比較大量樣品的技術時(例如中子衍射)，如此小的樣品體積會導致信號太弱而無法被精確測量。小樣

六面頂壓機裝置圖

4圖 1-3 六面頂壓機的頂錘[69]Fig.1-3 Anvil of machine料科學中的應用技術的持續(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，以設計為導向的實驗極大地加快料對傳統(tǒng)材料產(chǎn)生了挑戰(zhàn)，為未來多種尖

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本文編號：2776855