本文關(guān)鍵詞：合金化及物理場(chǎng)對(duì)AZ91鎂合金凝固組織和力學(xué)性能的影響

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【摘要】：鎂合金是一種新型的結(jié)構(gòu)材料,具有密度小,比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn),被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”。AZ91鎂合金具有良好的鑄造性能和較高的屈服強(qiáng)度,是目前應(yīng)用最為廣泛的鑄造鎂合金。合金化和物理場(chǎng)可以有效的細(xì)化鎂合金的凝固組織,提高合金的綜合力學(xué)性能。為進(jìn)一步提高AZ91鎂合金的綜合力學(xué)性能,本文首先研究了微量元素Sr和Ca對(duì)AZ91鎂合金凝固組織和力學(xué)性能的影響,在此基礎(chǔ)上探究了脈沖磁場(chǎng)、超聲處理及機(jī)械振動(dòng)對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金凝固組織和力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明:1)在A(yíng)Z91鎂合金中分別加入微量的Sr和Ca,可以改變合金的凝固組織,初生相均有所粗化。隨Sr添加量的增加,第二相由細(xì)化到粗化再細(xì)化;當(dāng)Sr添加量為0.05%時(shí),第二相細(xì)化效果最好。隨Ca的添加量的增加,第二相先細(xì)化后粗化;當(dāng)Ca添加量為0.4%時(shí),第二相最細(xì)小。當(dāng)Sr加入量為0.1%和0.2%,Ca加入量為0.5%時(shí),合金中發(fā)現(xiàn)新相Al4Sr相和Al2Ca相。當(dāng)加入0.4%的Ca時(shí),合金的綜合力學(xué)性能最高,與未處理試樣相比,其抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別提高了51%和691%。2)脈沖磁場(chǎng)、超聲波及機(jī)械振動(dòng)作用下,AZ91-0.4Ca鎂合金的凝固組織顯著細(xì)化,晶粒尺寸減小,第二相體積分?jǐn)?shù)有所減少,力學(xué)性能提高;AZ91-0.4Ca鎂合金的初生相由發(fā)達(dá)的樹(shù)枝晶變成薔薇狀晶體,其抗壓強(qiáng)度變化與凝固組織的變化基本一致。3)脈沖磁場(chǎng)作用下,合金的第二相由條狀或塊狀變成細(xì)小的點(diǎn)狀和球狀。當(dāng)脈沖電壓在0~300V,澆注溫度在640~730℃,模具預(yù)熱溫度在200~600℃范圍內(nèi),隨著脈沖電壓、澆注溫度的升高或模具預(yù)熱溫度的降低,AZ91-0.4Ca鎂合金的凝固組織逐漸細(xì)化。當(dāng)脈沖頻率為1~10Hz時(shí),隨著脈沖頻率的增加,合金中的凝固組織先細(xì)化后粗化;當(dāng)脈沖頻率為5Hz時(shí),合金組織細(xì)化效果最好。脈沖磁場(chǎng)處理后,AZ91-0.4Ca鎂合金的抗壓強(qiáng)度最高達(dá)到365MPa,較未處理時(shí)提高了11.7%。正交實(shí)驗(yàn)表明,脈沖電壓300V,脈沖頻率5Hz,澆注溫度720℃,模具預(yù)熱溫度200℃是脈沖磁場(chǎng)處理較為理想的工藝參數(shù)。4)當(dāng)超聲功率在0~900W,作用時(shí)間在0~120s,澆注溫度在640~720℃時(shí),隨著超聲功率的增大,作用時(shí)間的增長(zhǎng)或澆注溫度的降低,AZ91-0.4Ca鎂合金的凝固組織逐漸細(xì)化。超聲處理后,合金的抗壓強(qiáng)度最高為360MPa,較未施加超聲處理時(shí)提高了8.5%。超聲處理的最佳優(yōu)化方案為:超聲功率800W,超聲作用時(shí)間120s,澆注溫度選擇640℃。5)當(dāng)振幅電壓在0~300V,振動(dòng)頻率在0~75Hz,澆注溫度在640~730℃,模具預(yù)熱溫度在200~600℃,隨著振幅電壓、振動(dòng)頻率、澆注溫度或模具預(yù)熱溫度的增大,AZ91-0.4Ca鎂合金的凝固組織逐漸細(xì)化。機(jī)械振動(dòng)作用下,合金的抗壓強(qiáng)度最高達(dá)到365.67MPa,較未處理試樣,提高了68.8%。機(jī)械振動(dòng)最佳優(yōu)化方案為振幅電壓為300V,振動(dòng)頻率為75Hz,澆注溫度為730℃,模具預(yù)熱溫度為600℃。
【關(guān)鍵詞】：AZ91鎂合金 合金化 脈沖磁場(chǎng) 超聲處理 機(jī)械振動(dòng) 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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG146.22
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 鎂合金的特點(diǎn)及應(yīng)用10
• 1.2 鎂合金的分類(lèi)10-11
• 1.3 鎂合金的晶粒細(xì)化方法11-12
• 1.3.1 液態(tài)處理法11-12
• 1.3.2 半固態(tài)成形細(xì)化組織12
• 1.3.3 固態(tài)變形處理12
• 1.3.4 快速凝固工藝12
• 1.4 Sr、Ca合金化對(duì)鎂合金凝固組織的影響12-14
• 1.4.1 Sr、Ca對(duì)鎂合金凝固組織影響的作用機(jī)制12-13
• 1.4.2 Sr、Ca對(duì)鎂合金凝固組織影響的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.5 脈沖磁場(chǎng)對(duì)金屬凝固組織的影響14-15
• 1.5.1 脈沖磁場(chǎng)對(duì)金屬凝固組織的作用機(jī)制14-15
• 1.5.2 脈沖磁場(chǎng)對(duì)金屬凝固組織影響的研究現(xiàn)狀15
• 1.6 超聲處理對(duì)金屬凝固組織的影響15-17
• 1.6.1 超聲處理對(duì)金屬凝固組織的作用機(jī)制16
• 1.6.2 超聲處理對(duì)金屬凝固組織影響的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.7 機(jī)械振動(dòng)對(duì)金屬凝固組織的影響17-18
• 1.7.1 機(jī)械振動(dòng)對(duì)金屬凝固組織的作用機(jī)制17
• 1.7.2 機(jī)械振動(dòng)對(duì)金屬凝固組織影響的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.8 本論文研究的目的和意義18-19
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方案與方法19-27
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料19
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備19-21
• 2.3 實(shí)驗(yàn)總體流程與實(shí)驗(yàn)研究方案21-25
• 2.3.1 總體流程21-22
• 2.3.2 研究方案22-25
• 2.4 測(cè)試方法25-27
• 2.4.1 組織觀(guān)察25
• 2.4.2 EDS分析25
• 2.4.3 X射線(xiàn)衍射(XRD)分析和差熱分析(DSC)25-26
• 2.4.4 合金拉伸性能測(cè)試及斷口分析26-27
• 第3章 Sr和Ca對(duì)AZ91鎂合金凝固組織和力學(xué)性能的影響27-40
• 3.1 Sr對(duì)AZ91鎂合金凝固組織和力學(xué)性能的影響27-32
• 3.1.1 Sr對(duì)AZ91鎂合金凝固組織的影響27-31
• 3.1.2 Sr對(duì)AZ91鎂合金力學(xué)性能的影響31-32
• 3.2 Ca對(duì)AZ91鎂合金凝固組織和力學(xué)性能的影響32-37
• 3.2.1 Ca對(duì)AZ91鎂合金凝固組織的影響32-36
• 3.2.2 Ca對(duì)AZ91鎂合金力學(xué)性能的影響36-37
• 3.3 分析與討論37-39
• 3.3.1 Sr、Ca對(duì)AZ91鎂合金凝固組織的影響37-38
• 3.3.2 Sr、Ca對(duì)AZ91鎂合金力學(xué)性能的影響38-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第4章 脈沖磁場(chǎng)對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金凝固組織和力學(xué)性能的影響40-62
• 4.1 脈沖磁場(chǎng)對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金凝固組織的影響40-52
• 4.1.1 脈沖電壓對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金凝固組織的影響40-42
• 4.1.2 脈沖頻率對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金凝固組織的影響42-45
• 4.1.3 澆注溫度對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金凝固組織的影響45-48
• 4.1.4 模具預(yù)熱溫度對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金凝固組織的影響48-52
• 4.2 脈沖磁場(chǎng)對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金力學(xué)性能的影響52-54
• 4.3 分析與討論54-56
• 4.3.1 脈沖磁場(chǎng)作用下AZ91-0.4Ca合金的細(xì)化機(jī)制54-55
• 4.3.2 脈沖磁場(chǎng)對(duì)AZ91-0.4Ca合金凝固組織的影響55-56
• 4.3.3 脈沖磁場(chǎng)對(duì)AZ91-0.4Ca合金力學(xué)性能的影響56
• 4.4 工藝參數(shù)的正交優(yōu)化56-61
• 4.4.1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)56-57
• 4.4.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果57-60
• 4.4.3 正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理60-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第5章 超聲處理對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金凝固組織和力學(xué)性能的影響62-79
• 5.1 超聲處理對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金凝固組織的影響62-70
• 5.1.1 超聲功率對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金凝固組織的影響62-64
• 5.1.2 超聲作用時(shí)間對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金凝固組織的影響64-66
• 5.1.3 澆注溫度對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金凝固組織的影響66-70
• 5.2 超聲處理對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金力學(xué)性能的影響70-71
• 5.3 分析與討論71-73
• 5.3.1 超聲處理作用下AZ91-0.4Ca合金凝固組織的細(xì)化機(jī)制71-72
• 5.3.2 超聲處理對(duì)AZ91-0.4Ca合金凝固組織的影響72-73
• 5.3.3 超聲處理對(duì)AZ91-0.4Ca合金力學(xué)性能的影響73
• 5.4 工藝參數(shù)的正交優(yōu)化73-78
• 5.4.1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)73-74
• 5.4.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果74-77
• 5.4.3 正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理77-78
• 5.5 本章小結(jié)78-79
• 第6章 機(jī)械振動(dòng)對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金凝固組織和力學(xué)性能的影響79-98
• 6.1 機(jī)械振動(dòng)對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金凝固組織的影響79-88
• 6.1.1 振幅電壓對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金凝固組織的影響79-81
• 6.1.2 振動(dòng)頻率對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金凝固組織的影響81-84
• 6.1.3 澆注溫度對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金凝固組織的影響84-86
• 6.1.4 模具預(yù)熱溫度對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金凝固組織的影響86-88
• 6.2 機(jī)械振動(dòng)對(duì)AZ91-0.4Ca鎂合金力學(xué)性能的影響88-90
• 6.3 分析與討論90-92
• 6.3.1 機(jī)械振動(dòng)作用下AZ91-0.4Ca合金的細(xì)化機(jī)制90-91
• 6.3.2 機(jī)械振動(dòng)對(duì)AZ91-0.4Ca合金凝固組織的影響91-92
• 6.3.3 機(jī)械振動(dòng)對(duì)AZ91-0.4Ca合金力學(xué)性能的影響92
• 6.4 工藝參數(shù)的正交優(yōu)化92-96
• 6.4.1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)92
• 6.4.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果92-95
• 6.4.3 正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理95-96
• 6.5 本章小結(jié)96-98
• 第7章 結(jié)論98-100
• 參考文獻(xiàn)100-105
• 發(fā)表論文和參加科研情況說(shuō)明105-106
• 致謝106-107

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