本文關(guān)鍵詞：GW103K稀土鎂合金熔體復合處理行為研究

  更多相關(guān)文章： 稀土鎂合金 凈化 非金屬夾雜 熔劑 旋轉(zhuǎn)噴吹攪拌

【摘要】：稀土能顯著提高傳統(tǒng)鎂合金的強度、耐熱性能以及抗腐蝕性能,這使得稀土鎂合金在軍工以及航空航天領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。然而由于鎂及稀土元素均具有很活潑的化學性質(zhì),此類合金在熔煉過程中極易氧化并引入大量夾雜。該類含稀土鎂合金的熔體處理已經(jīng)成為制約其推廣應用的關(guān)鍵瓶頸之一,原因在于現(xiàn)有的熔劑凈化工藝為了達到理想的除雜效果,熔劑的加入量一般為熔體質(zhì)量的2%~3%,環(huán)境污染嚴重,同時增加了引入熔劑夾雜的機會,并會導致昂貴稀土元素的損耗。近年來,旋轉(zhuǎn)噴吹氣體凈化作為一種非熔劑凈化工藝因具有除氣能力,同時還有一定綠色除雜能力而倍受關(guān)注,但目前尚未有在稀土鎂合金凈化中的應用報道。因此開展適合稀土鎂合金的高效復合凈化工藝研究,對于提高稀土鎂合金的性能,提高傳統(tǒng)熔劑凈化效率,降低成本,節(jié)約資源,改善熔煉環(huán)境等都具有重大意義。本文基于前人研究結(jié)果提出稀土鎂合金熔體復合處理技術(shù)原型,研制出適合稀土鎂合金熔體復合處理的專用裝置。采用Mg 10Gd 3Y 0.5Zr合金為研究對象,優(yōu)化了旋轉(zhuǎn)噴吹氣體熔體處理的工藝參數(shù),然后基于最佳旋轉(zhuǎn)噴吹工藝,討論熔劑凈化結(jié)合旋轉(zhuǎn)噴吹氣體的復合凈化工藝對Mg 10Gd 3Y 0.5Zr合金熔體凈化效率、力學性能和斷裂行為的影響,初步探索了復合處理與Zr元素收得率的關(guān)系,通過動力學模型闡明了熔體復合處理高效除雜機理。優(yōu)化出最優(yōu)旋轉(zhuǎn)噴吹工藝組合為:吹氣流量2L/min;吹氣時長10min;轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為150r/min。在此工藝參數(shù)組合下,GW103K合金中的非金屬夾雜物體積分數(shù)從未凈化時的0.47%減少到0.32%,室溫下,合金抗拉強度和延伸率從244.9MPa,0.7%分別提升至296.6MPa,1.4%。其對熔體的凈化作用,主要集中在熔體中小尺寸夾雜物的去除方面,小型夾雜物能夠被氣泡潤濕并上浮至熔體表面形成分散的浮渣。旋轉(zhuǎn)噴吹氣體處理中,增大吹氣流量會導致劇烈的熔體翻滾,帶來氧化加劇以及重新卷入夾雜;一定時長的吹氣過程,可以持續(xù)不斷地產(chǎn)生細小彌散的氣泡,維持與夾雜物的相互作用,但是過長時間的吹氣處理會降低合金的力學性能;高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下,熔體中的夾雜物顆粒和氬氣泡在強烈剪切力作用下更加細小,提高了夾雜物被氣泡潤濕的機會,相應地,產(chǎn)生了高的非金屬夾雜物去除能力。開發(fā)出JDMJ熔劑復合旋轉(zhuǎn)噴吹的熔體復合處理工藝。當JDMJ添加量為1%時,Mg 10Gd 3Y 0.5Zr合金中的夾雜物體積分數(shù)從未加工合金的0.47%減少到0.15%。相應地,其抗拉強度和延伸率分別從244.9Mpa,0.7%上升到312.3Mpa,4.0%。凈化效果甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的2%JDMJ熔劑凈化。一方面,節(jié)約了熔劑使用量,使熔劑的凈化效率提升1倍,并一定程度上緩和了傳統(tǒng)熔劑對貴稀土元素的損耗,另一方面降低了環(huán)境污染,符合可持續(xù)戰(zhàn)略。闡明了復合處理的高效除雜機制:一方面得益于旋轉(zhuǎn)噴吹對微小夾雜的去除能力,另一方面得益于夾雜物向熔劑運動過程中克服流體阻滯時高的遷移速度。復合處理對Mg 10Gd 3Y 0.5Zr合金組織及相組成沒有影響;相對于原始合金,復合處理后合金室溫斷裂模式從局部解理斷裂向局部準解理斷裂轉(zhuǎn)變;復合處理一定程度上提高了Zr的收得率。在實驗室制備工藝基礎(chǔ)上,通過優(yōu)化熔煉復合處理工藝參數(shù),成功采用GW103K鎂合金澆鑄出某導彈艙體,為GW103K合金的工業(yè)應用奠定了一定的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：稀土鎂合金 凈化 非金屬夾雜 熔劑 旋轉(zhuǎn)噴吹攪拌
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.22
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-30
• 1.1 稀土鎂合金10-12
• 1.1.1 稀土鎂合金的特點10
• 1.1.2 稀土鎂合金的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.1.3 稀土鎂合金的應用11-12
• 1.2 鎂合金夾雜12-14
• 1.2.1 夾雜物及其來源12-13
• 1.2.2 夾雜物危害13-14
• 1.3 稀土鎂合金的凈化方法14-22
• 1.3.1 熔劑凈化法14-16
• 1.3.2 非熔劑凈化16-20
• 1.3.3 復合凈化20-22
• 1.4 本文的研究內(nèi)容22-24
• 1.4.1 研究背景22-23
• 1.4.2 研究內(nèi)容23-24
• 參考文獻24-30
• 第二章 實驗方法30-38
• 2.1 旋轉(zhuǎn)噴吹攪拌裝置開發(fā)30-33
• 2.2 合金制備33-35
• 2.2.1 原材料33
• 2.2.2 熔煉設(shè)備及氣體保護33
• 2.2.3 合金熔煉及精煉工藝33-35
• 2.3 組織分析35-36
• 2.3.1 光學顯微分析35
• 2.3.2 相分析35
• 2.3.3 電子顯微分析35
• 2.3.4 夾雜物定量金相分析35-36
• 2.4 力學性能測試36-37
• 參考文獻37-38
• 第三章 旋轉(zhuǎn)噴吹工藝對合金組織及力學行為的影響38-63
• 3.1 非金屬夾雜形貌及成分分析38-40
• 3.2 氣體流量40-46
• 3.2.1 熔體表面狀況40-41
• 3.2.2 顯微組織41-43
• 3.2.3 力學性能與斷裂行為43-46
• 3.3 吹氣時間46-50
• 3.3.1 熔體表面狀況46-47
• 3.3.2 顯微組織47-48
• 3.3.3 力學性能與斷裂行為48-50
• 3.4 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速50-55
• 3.4.1 熔體表面狀況50-51
• 3.4.2 顯微組織51-53
• 3.4.3 力學性能與斷裂行為53-55
• 3.5 分析與討論55-59
• 3.5.1 旋轉(zhuǎn)噴吹氣體除雜機理55-59
• 3.5.2 旋轉(zhuǎn)噴吹裝置的除雜效率59
• 3.6 本章小結(jié)59-61
• 參考文獻61-63
• 第四章 復合凈化對合金組織及力學行為的影響63-85
• 4.1 合金顯微組織63-70
• 4.1.1 鑄態(tài)顯微組織63-65
• 4.1.2 T6態(tài)顯微組織65-67
• 4.1.3 非金屬夾雜物定量分析67-70
• 4.2 合金力學性能70-73
• 4.2.1 鑄態(tài)合金力學性能70-71
• 4.2.2 T6態(tài)合金力學性能71-73
• 4.3 合金斷裂行為73-78
• 4.3.1 鑄態(tài)合金斷裂行為73-76
• 4.3.2 T6態(tài)合金斷裂行為76-78
• 4.4 復合處理對ZR收得率的影響78-80
• 4.5 分析與討論80-81
• 4.6 本章小結(jié)81-83
• 參考文獻83-85
• 第五章 工業(yè)試制85-95
• 5.1 工藝路線85-86
• 5.2 造型86-89
• 5.2.1 配砂86-88
• 5.2.2 鑄型準備88-89
• 5.3 合金熔煉與凈化89-91
• 5.4 澆鑄91-92
• 5.5 實驗結(jié)果與分析92-94
• 5.5.1 成分檢測92
• 5.5.2 微觀組織觀察92-94
• 5.5.3 力學性能測試94
• 5.6 本章小結(jié)94-95
• 第六章 結(jié)論95-97
• 致謝97-98
• 攻讀碩士學位期間的成果98-100

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 唐奕;黨驚知;楊晶;郭秀琴;;鋁合金泡沫陶瓷過濾工藝研究[J];熱加工工藝;2010年01期

2 吳國華;孫明;王瑋;丁文江;;鎂合金純凈化研究新進展[J];中國有色金屬學報;2010年06期

3 肖永華,劉建輝,李斌,邱義倫;基于旋轉(zhuǎn)噴頭的Ar-CCl_4鋁合金熔體凈化技術(shù)研究[J];鑄造技術(shù);2005年09期

，

本文編號：787478