超聲波作為一種控制金屬凝固的重要方式,能夠顯著改善材料的組織和性能,是當(dāng)前國內(nèi)外研究的熱點課題,同時也是制備超級金屬的一種發(fā)展方向。目前研究的熱點主要集中在超聲對晶粒細(xì)化和除氣的影響,而超聲波對金屬組織和性能的影響是全面而復(fù)雜的,如超聲波對溶質(zhì)固溶度的影響,超聲對晶粒取向的影響,超聲與傳統(tǒng)晶粒細(xì)化劑的對比等亟需深入和細(xì)致的研究,這樣才能夠?qū)Τ曈绊懡饘俳M織的機理有更深刻的認(rèn)識和理解。本課題選擇超聲對鋁合金組織和性能的影響作為切入點,主要研究如下內(nèi)容:(1)在Al-10Mg合金熔體不同冷卻階段施加超聲波,研究凝固組織、Mg的固溶度和晶粒取向的差別。研究發(fā)現(xiàn)超聲波在凝固過程中施加超聲的效果優(yōu)于凝固前施加超聲的效果,證實了超聲波能夠極大程度地細(xì)化合金晶粒,晶粒尺寸從厘米級細(xì)化至微米級,同時有效地提高了Mg在晶內(nèi)的固溶度,未超聲時Mg在晶內(nèi)的固溶度僅有1.01%,經(jīng)超聲處理后Mg在晶內(nèi)的固溶度為10.12%,超聲不但提高了Mg在晶內(nèi)的固溶度,而且提高了Mg在晶界的固溶度。在不同的冷卻階段施加超聲的晶粒取向不同,采用邊—邊匹配模型對上述結(jié)果進行了解釋,Al的{220}和Mg的{1011}最為匹配,錯配度d值最小,僅為4.92%。(2)研究超聲和傳統(tǒng)的晶粒細(xì)化劑對3003鋁合金在微觀組織、Mn元素固溶度和塑性性能的影響:超聲波比Al-5Ti-B具有更好的晶粒細(xì)化效果,超聲波能夠提高了Mn在基體中固溶度,未經(jīng)超聲時銅元素集中在晶界分布,而經(jīng)過超聲處理后,銅元素均勻地分布在整個樣品中。這些效果是采用傳統(tǒng)細(xì)化劑所無法替代的。通過Gleeble1500D進行的熱力模擬實驗,證實了超聲處理過的3003合金具有更好的力學(xué)性能。(3)在實際生產(chǎn)中,對超聲和傳統(tǒng)晶粒細(xì)化劑Al-5Ti-B的細(xì)化效果進行對比,發(fā)現(xiàn)超聲波比傳統(tǒng)的晶粒細(xì)化劑具有很好的晶粒細(xì)化效果,無需引入元素,就能夠消除采用Al-5Ti-B細(xì)化所具有的裂邊現(xiàn)象。同時還發(fā)現(xiàn)超聲波與晶粒細(xì)化劑疊加使用的效果較差,并對該現(xiàn)象進行了解釋。
【學(xué)位單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TG146.21
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 選題的背景及意義
    1.2 超聲的應(yīng)用物理基礎(chǔ)簡介
        1.2.1 超聲的產(chǎn)生和傳導(dǎo)
        1.2.2 超聲的非線性效應(yīng)
    1.3 超聲波在鋁合金熔煉中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 超聲場對金屬凝固組織的影響
        1.3.2 超聲場對成分偏析的影響
        1.3.3 超聲場影響凝固組織的機理
    1.4 課題的選題意義和研究內(nèi)容
第2章 實驗及研究方法
    2.1 實驗裝置
    2.2 樣品制備
    2.3 樣品表征
第3章 超聲波對Al-10Mg組織與性能的影響
    3.1 引言
    3.2 實驗方法
        3.2.1 實驗材料
        3.2.2 實驗設(shè)計與步驟
    3.3 實驗結(jié)果
        3.3.1 超聲波對Al-10Mg晶粒尺寸的影響
        3.3.2 超聲波對Al-10Mg固溶度的影響
        3.3.3 超聲波對Al-10Mg晶面取向的影響
    3.4 本章小結(jié)
第4章 超聲波對3003鋁合金組織與性能的影響
    4.1 引言
    4.2 實驗方法
        4.2.1 實驗材料
        4.2.2 實驗設(shè)計與步驟
    4.3 實驗結(jié)果
        4.3.1 超聲波對3003鋁合金晶粒尺寸的影響
        4.3.2 超聲波對3003鋁合金固溶度的影響
        4.3.3 熱變形條件對經(jīng)超聲處理3003鋁合金流變應(yīng)力行為的影響
        4.3.4 熱變形條件對3003鋁合金高溫穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力的影響規(guī)律
    4.4 本章小結(jié)
第5章 超聲波對1060鑄軋鋁合金組織的影響
    5.1 引言
    5.2 實驗方法
        5.2.1 實驗材料和設(shè)備
        5.2.2 實驗設(shè)計與步驟
    5.3 實驗結(jié)果
        5.3.1 超聲波對1060鋁合金鑄軋板晶粒尺寸的影響
        5.3.2 超聲和Al-5Ti-B疊加使用效果變差的原因
    5.4 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論
參考文獻
致謝
個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果

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本文編號：2848949