本文關(guān)鍵詞：微合金化及磁場處理對Al-10%Ni合金凝固組織及性能的影響

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【摘要】：Al-Ni合金是一種重要的輕型結(jié)構(gòu)材料,它秉承了鑄造鋁合金良好的鑄造性能以及高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能,同時(shí)具有比強(qiáng)度高、流動性好和抗高溫氧化性能等優(yōu)點(diǎn)。合金化處理和磁場處理這兩大工藝一直是人們研究的焦點(diǎn),合金化處理具有凈化熔體、變質(zhì)細(xì)化等效果,磁場處理具有環(huán)保、操作便捷和效果突出等優(yōu)點(diǎn)。本文研究了微量元素RE、Sr、Zr和穩(wěn)恒磁場、脈沖磁場、交變磁場對Al-10%Ni合金凝固組織及力學(xué)性能的影響,研究結(jié)果表明:1)RE、Sr和Zr合金化顯著改變了Al-10%Ni合金的凝固組織。隨著RE含量的升高,Al3Ni相先細(xì)化后粗化,當(dāng)RE含量為0.4%時(shí),組織細(xì)化最明顯。隨著Sr、Zr含量的升高,Al3Ni相逐漸細(xì)化。添加RE后合金中出現(xiàn)了Al3Ce和Al4Ce新相,添加Sr后合金中出現(xiàn)了AlSr新相,添加Zr后合金中出現(xiàn)了Al2Zr和Al3Zr新相。隨著RE、Sr含量的升高,合金的硬度有所降低;隨著Zr含量的升高,合金的硬度逐漸提高;加入0.4%的RE或0.6%的Sr后,合金的抗拉強(qiáng)度和伸長率都有所降低;加入0.6%的Zr后,合金的抗拉強(qiáng)度提高了20%,伸長率降低了46%。2)穩(wěn)恒磁場處理顯著改善了Al-10%Ni合金的凝固組織。在0-1.5T范圍內(nèi),隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加,Al3Ni相分布更均勻,在平行于磁場方向的截面上Al3Ni相發(fā)生定向排列,且定向排列程度逐漸提高,間距逐漸減小。α-Al的(311)晶面的生長受到抑制,在(111)晶面形成了擇優(yōu)取向;Al3Ni相在(hk0)面的衍射強(qiáng)度增強(qiáng),在其它方向的衍射強(qiáng)度減弱甚至消失,且發(fā)生c軸取向。鋁基體的晶格常數(shù)普遍比無磁場時(shí)的低。穩(wěn)恒磁場處理后,合金硬度總體有所提高,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.1T時(shí),合金的抗拉強(qiáng)度提高了3.1%,伸長率提高了41.6%。3)在脈沖磁場的作用下,通過改變工藝參數(shù),可以顯著細(xì)化Al-10%Ni合金的凝固組織,Al3Ni相由粗大長條狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小顆粒狀。在0-300V范圍內(nèi),隨著脈沖電壓的增大,Al3Ni相先粗化后細(xì)化;當(dāng)脈沖電壓為250V時(shí),Al3Ni相最細(xì)小。在0-10Hz的范圍內(nèi),隨著脈沖頻率的增加,Al3Ni相逐漸細(xì)化。無論是否施加脈沖磁場處理,隨著澆注溫度或鑄型預(yù)熱溫度的降低,Al3Ni相均逐漸細(xì)化。施加脈沖磁場后,基體α-Al在(200)晶面結(jié)晶取向受到抑制,分別在(111)和(311)晶面形成了新的擇優(yōu)取向。當(dāng)脈沖電壓為200V時(shí),合金的抗拉強(qiáng)度提高了40%,但伸長率降低了20%。4)在0-250V范圍內(nèi),隨著交變電壓的升高,Al3Ni相是先細(xì)化后粗化;當(dāng)交變電壓為150V時(shí),Al3Ni鏈狀組織最細(xì);當(dāng)交變電壓為250V時(shí),Al3Ni相雖有所粗化,但晶體破碎較嚴(yán)重。隨著鑄型預(yù)熱溫度的升高,Al3Ni相逐漸粗化。隨著澆注溫度的升高,Al3Ni相逐漸細(xì)化。施加交變磁場后,基體α-Al在(111)面形成了擇優(yōu)取向,在(200)面擇優(yōu)取向受到了抑制;Al3Ni相在(112)、(020)、(101)、(131)晶面出現(xiàn)了新的擇優(yōu)取向。交變磁場處理后合金的抗拉強(qiáng)度和硬度有所提高;當(dāng)交變電壓為200V時(shí),抗拉強(qiáng)度提高了5%,硬度提高了8.8%,但伸長率降低了11%。
【關(guān)鍵詞】：Al-10%Ni合金 微合金化 磁場處理 凝固組織 力學(xué)性能
【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】：2015
【分類號】：TG146.21;TG292
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 鋁及鋁合金概述9-10
• 1.1.1 鋁及鋁合金特點(diǎn)及應(yīng)用9
• 1.1.2 Al-Ni合金簡介9-10
• 1.2 鋁合金凝固組織細(xì)化方法10-12
• 1.2.1 化學(xué)細(xì)化法10-11
• 1.2.2 物理細(xì)化法11-12
• 1.3 RE、Sr、Zr在鋁合金中的應(yīng)用12-14
• 1.4 磁場作用下合金凝固研究進(jìn)展14-18
• 1.4.1 穩(wěn)恒磁場作用下合金凝固研究進(jìn)展14-16
• 1.4.2 脈沖磁場作用下合金凝固研究進(jìn)展16-17
• 1.4.3 交變磁場作用下合金凝固研究進(jìn)展17-18
• 1.5 本文研究的意義和內(nèi)容18-20
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方案與方法20-26
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及熔煉20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置20-22
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方案22-24
• 2.3.1 合金化處理22
• 2.3.2 穩(wěn)恒磁場處理22
• 2.3.3 脈沖磁場處理22-23
• 2.3.4 交變磁場處理23-24
• 2.4 測試方法24-26
• 2.4.1 組織觀察24
• 2.4.2 洛氏硬度測試24
• 2.4.3 拉伸性能測試24
• 2.4.4 X射線衍射分析24-25
• 2.4.5 掃描電鏡測試25-26
• 第3章 RE、Sr、Zr含量對Al-10%Ni合金凝固組織及性能的影響26-41
• 3.1 RE含量對合金凝固組織的影響26-29
• 3.1.1 合金的宏觀組織26-27
• 3.1.2 合金的微觀組織27-28
• 3.1.3 合金的相分析28-29
• 3.2 Sr含量對合金凝固組織的影響29-32
• 3.2.1 合金的宏觀組織29-30
• 3.2.2 合金的微觀組織30-31
• 3.2.3 合金的相分析31-32
• 3.3 Zr含量對合金凝固組織的影響32-35
• 3.3.1 合金的宏觀組織32-33
• 3.3.2 合金的微觀組織33-34
• 3.3.3 合金的相分析34-35
• 3.4 RE、Sr、Zr含量對合金力學(xué)性能的影響35-37
• 3.5 分析與討論37-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 第4章 穩(wěn)恒磁場對Al-10%Ni合金凝固組織及性能的影響41-51
• 4.1 穩(wěn)恒磁場對合金凝固組織的影響41-43
• 4.2 穩(wěn)恒磁場對合金結(jié)晶取向的影響43-44
• 4.3 穩(wěn)恒磁場對鋁基體晶格常數(shù)的影響44-45
• 4.4 穩(wěn)恒磁場對合金力學(xué)性能的影響45-47
• 4.5 分析與討論47-49
• 4.6 本章小結(jié)49-51
• 第5章 脈沖磁場對Al-10%Ni合金凝固組織及性能的影響51-64
• 5.1 脈沖磁場對合金凝固組織的影響51-56
• 5.1.1 Al-10%Ni合金典型宏觀凝固組織51-52
• 5.1.2 不同脈沖電壓下Al-10%Ni合金的微觀凝固組織52
• 5.1.3 不同脈沖頻率下Al-10%Ni合金的微觀凝固組織52-53
• 5.1.4 不同澆注溫度下Al-10%Ni合金的微觀凝固組織53-55
• 5.1.5 不同鑄型預(yù)熱溫度下Al-10%Ni合金的微觀凝固組織55-56
• 5.2 脈沖磁場對合金結(jié)晶取向的影響56-58
• 5.3 脈沖磁場對合金力學(xué)性能的影響58-60
• 5.4 分析與討論60-63
• 5.5 本章小結(jié)63-64
• 第6章 交變磁場對Al-10%Ni合金凝固組織及性能的影響64-74
• 6.1 交變磁場對合金凝固組織的影響64-68
• 6.1.1 不同交變電壓下Al-10%Ni合金的凝固組織64-66
• 6.1.2 不同鑄型預(yù)熱溫度下Al-10%Ni合金的凝固組織66-67
• 6.1.3 不同澆注溫度下Al-10%Ni合金的凝固組織67-68
• 6.2 交變磁場對合金結(jié)晶取向的影響68-69
• 6.3 交變磁場對合金力學(xué)性能的影響69-71
• 6.4 分析與討論71-73
• 6.5 本章小結(jié)73-74
• 第7章 結(jié)論74-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明79-80
• 致謝80-81

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