本文關(guān)鍵詞：功率超聲—溶質(zhì)協(xié)同作用對鋁及其合金的組織影響研究

  更多相關(guān)文章： 鋁合金 超聲振動(dòng) 晶粒細(xì)化 生長抑制因子 形核粒子

【摘要】：純鋁具有密度小、熔點(diǎn)低、塑性高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、反射性高等特點(diǎn),但強(qiáng)度和硬度低,不能用來制造承載的機(jī)械零件。以它為基配置的多種系列的鋁合金都具有各自的特點(diǎn),鋁合金因其比強(qiáng)度高、耐腐蝕、易于回收等優(yōu)異性能,在機(jī)械方面、交通方面、航空與軍事等領(lǐng)域都有很大的應(yīng)用,在國防和人民生活中占據(jù)著重要的地位。由于鋁合金的晶粒大小和組織形態(tài)直接影響著鋁合金的性能,要想獲得優(yōu)良性能,關(guān)鍵在于將原有的大型枝晶破碎,得到細(xì)小、均勻的等軸晶粒。利用超聲波在液體中傳播時(shí)會產(chǎn)生空化、聲流、機(jī)械等特殊效應(yīng),通過這些效應(yīng)可除氣、除渣、減少成分偏析,細(xì)化晶粒。因此研究功率超聲-溶質(zhì)元素協(xié)同處理對鋁及其合金的顯微組織影響具有極其重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。本文在超聲與未超聲條件下,添加七種溶質(zhì)元素(Cu、Mg、Si、Ti、Nb、Zr、V)到熔融的鋁液中,通過光學(xué)顯微鏡(OM)觀察、掃描電子顯微鏡(SEM),能譜分析(EDS),X射線衍射(XRD)等分析手段,研究了不同生長抑制因子Q時(shí),超聲-溶質(zhì)對鋁及其合金的組織影響規(guī)律與機(jī)制。取得了以下研究成果:對于鋁合金鑄錠,超聲處理時(shí),等軸晶區(qū)域出現(xiàn)在鑄錠內(nèi)部,且隨著溶質(zhì)元素的增加而增多,晶粒細(xì)化效果明顯;包晶溶質(zhì)元素(Ti、Nb、Zr、V)與共晶溶質(zhì)元素(Cu、Mg、Si)的添加相比,顯微組織的晶粒更均勻、細(xì)小。超聲-溶質(zhì)協(xié)同作用時(shí),超聲處理只改變第二相的形貌,并未改變第二相的種類。由于超聲波的空化效應(yīng)和聲流效應(yīng),加劇了金屬液的流動(dòng),此時(shí)局部形成的氣泡發(fā)生破裂,產(chǎn)生瞬時(shí)壓力,從而使合金的二次枝晶間距和第二相得到細(xì)化,部分區(qū)域的晶粒從樹枝晶轉(zhuǎn)變成等軸晶,且在一定范圍內(nèi),隨著溶質(zhì)元素的增多,晶粒細(xì)化效果越明顯。包晶溶質(zhì)元素的形核能力比共晶溶質(zhì)元素強(qiáng)。包晶溶質(zhì)元素含量低于最大溶解度Cm時(shí),晶粒大小的細(xì)化機(jī)制與添加共晶溶質(zhì)是同理的,晶粒尺寸隨著合金成分的增加而減小,且近似地與1/Q成線性關(guān)系;共晶溶質(zhì)元素含量大于最大溶解度Cm時(shí),晶粒尺寸隨著合金成分的增多而變大,但包晶溶質(zhì)元素含量大于最大溶解度Cm時(shí),Q值不變,晶粒尺寸卻繼續(xù)減小,此時(shí)晶粒細(xì)化與Q值無關(guān),晶粒尺寸不與1/Q成線性關(guān)系。作為試驗(yàn)的部分結(jié)果如下:超聲條件下,隨著包晶溶質(zhì)元素Ti(Cm=0.15%Ti)的含量逐漸增加,晶粒尺寸大約從260μm減到75μm。包晶溶質(zhì)元素Zr(Cm=0.11%Zr)的含量為0.1wt.%時(shí),晶粒尺寸為240μm;含量為0.2wt.%時(shí),晶粒尺寸減小到125μm;含量為0.3wt.%時(shí),晶粒尺寸繼續(xù)減小到116.5μm。添加共晶溶質(zhì)元素Cu、Mg、Si時(shí),鋁合金的晶粒細(xì)化主要是添加合金元素時(shí)通過溶質(zhì)偏析引起的成分過冷造成的;包晶溶質(zhì)元素Ti、Nb、Zr、V的晶粒細(xì)化不僅通過溶質(zhì)偏析,更重要的是通過異質(zhì)成核引入Al_3Ti、NbAl_3、Al_3Zr、Al_3Zr_4、Al_3V、Al_(21)V_2等有效的形核粒子。
【關(guān)鍵詞】：鋁合金 超聲振動(dòng) 晶粒細(xì)化 生長抑制因子 形核粒子
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.21
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-25
• 1.1 研究背景和意義9-10
• 1.2 鋁及鋁合金的概述10-12
• 1.2.1 鋁和鋁合金發(fā)展歷史10
• 1.2.2 鋁的性能及其應(yīng)用10-11
• 1.2.3 鋁及鋁合金的分類11-12
• 1.3 金屬的結(jié)晶機(jī)理12-15
• 1.3.1 金屬結(jié)晶的基本條件12-13
• 1.3.2 金屬結(jié)晶的過程13-14
• 1.3.3 影響鋁合金晶粒大小的主要因素14-15
• 1.4 鋁合金晶粒細(xì)化的主要方法15-17
• 1.5 超聲波在金屬凝固過程中的應(yīng)用和研究進(jìn)展17-23
• 1.5.1 超聲波概述及應(yīng)用17-18
• 1.5.2 超聲振動(dòng)細(xì)化晶粒方面的研究現(xiàn)狀18-23
• 1.6 研究目的23-25
• 第2章 研究內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法25-34
• 2.1 研究內(nèi)容25
• 2.2 試驗(yàn)材料、試驗(yàn)設(shè)備及測試儀器25-30
• 2.2.1 試驗(yàn)材料25-26
• 2.2.2 試驗(yàn)常規(guī)設(shè)備與測試儀器26-27
• 2.2.3 超聲振動(dòng)裝置27-28
• 2.2.4 超聲波清洗裝置28-30
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法30-34
• 2.3.1 工藝流程30-31
• 2.3.2 超聲振動(dòng)法制備試樣31-32
• 2.3.3 超聲波導(dǎo)入方式設(shè)計(jì)32-33
• 2.3.4 試驗(yàn)條件的簡化假設(shè)33-34
• 第3章 超聲-溶質(zhì)對鋁及其合金顯微組織的影響34-51
• 3.1 宏觀組織的觀察35-37
• 3.2 超聲振動(dòng)對同一試樣表面不同部位的凝固組織的影響37-41
• 3.3 超聲-共晶溶質(zhì)元素對鋁及其合金顯微組織的影響41-44
• 3.4 超聲-包晶溶質(zhì)元素對鋁及其合金顯微組織的影響44-47
• 3.5 鑄錠晶粒細(xì)化的大小分析47-49
• 3.6 本章小結(jié)49-51
• 第4章 超聲-溶質(zhì)協(xié)同處理對鋁及其合金顯微組織影響機(jī)制51-62
• 4.1 晶粒尺寸與Q的關(guān)系51-52
• 4.2 晶粒尺寸與 1/Q的關(guān)系52-53
• 4.3 超聲-溶質(zhì)協(xié)同作用對鋁及鋁合金顯微組織的影響機(jī)制53-61
• 4.3.1 超聲條件下共晶合金系的顯微組織53-58
• 4.3.2 超聲條件下包晶合金系的顯微組織58-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第5章 結(jié)論與展望62-64
• 5.1 結(jié)論62-63
• 5.2 展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-67
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文67-68
• 致謝68-69

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1 鄧文文;功率超聲—溶質(zhì)協(xié)同作用對鋁及其合金的組織影響研究[D];南昌航空大學(xué);2016年

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