本文關(guān)鍵詞：Mg-xGd-Zr合金的制備工藝與組織研究

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【摘要】：目前應(yīng)用的稀土鎂合金多以Gd元素作為主元素,同時添加其他稀土元素,如Y,Nd等。合金中多組元稀土元素的復(fù)合添加,忽略了單一Gd元素對合金組織和性能的影響,特別是從凝固的角度研究Gd元素對合金的作用機制。良好的熔煉工藝不僅可以改善稀土鎂合金的鑄造組織與綜合性能,提高稀土元素的利用率,同時還可以降低鎂合金的制備成本。由于稀土元素Gd的密度遠大于鎂的密度,在凝固過程中容易出現(xiàn)宏觀偏析,后續(xù)加工難以消除,并且稀土鎂合金的鑄態(tài)組織對其后續(xù)制備過程起重要作用,因此本文擬以Mg-xGd-Zr稀土鎂合金為研究對象,通過改變Gd元素的含量,并對其制備工藝進行優(yōu)化,獲得一種宏觀偏析較少,微觀偏析可控的Mg-Gd合金的熔煉工藝,揭示Gd元素在純Mg熔體的擴散機制,為其他種類的稀土元素在鎂合金中的熔煉工藝起著借鑒作用。研究了合金制備工藝對凝固組織的影響,結(jié)果表明充分攪拌與提高冷卻速度有利于獲得偏析程度較小的試樣,隨著熔煉溫度升高,凝固組織的晶粒減小,晶粒大小受到冷卻速度與組織內(nèi)的Gd含量二者的綜合影響,優(yōu)化的制備工藝為熔煉溫度800℃以上,經(jīng)過充分攪拌,降溫至800℃以下進行鑄造,在15℃的冷水中進行淬火凝固。原材料使用的純Gd在Mg液中是擴散—溶解的模式；Mg-30Gd中間合金是熔化—共晶分解的模式,導(dǎo)致進入到熔體中的初始Gd原子的聚集程度與形成的液態(tài)結(jié)構(gòu)均不同。純Gd在熔體中的初始擴散占據(jù)了整個熔煉過程的相當(dāng)一大部分時間,而中間合金只要經(jīng)過共晶組織的分解即可完成游離態(tài)Gd原子的轉(zhuǎn)變,縮短了整個熔煉過程。研究了Gd含量與熱處理對合金組織與力學(xué)性能的影響,結(jié)果表明在鑄態(tài)組織中,Gd含量升高使共晶組織析出增多,且合金晶粒逐漸變小,合金呈脆性斷裂。經(jīng)過固溶處理后,分布在晶界上的共晶組織回溶,但是出現(xiàn)了明顯的晶粒長大現(xiàn)象,導(dǎo)致合金強度下降,斷裂方式呈穿晶斷裂。繼續(xù)進行時效處理后,由于沉淀強化的作用使合金強度升高,合金呈沿晶斷裂。合金的抗拉強度,屈服強度,硬度與Gd含量成正比,延伸率與Gd含量呈反比。提出了Gd元素在Mg熔體中的溶解擴散模型。Gd元素在Mg熔體中溶解的過程主要分為三個階段：原子激活階段；穩(wěn)態(tài)形成階段；失穩(wěn)與新穩(wěn)態(tài)形成階段。凝固組織中,Gd周圍的化合物的分布受溫度與Gd濃度的影響。在試樣高向,Gd原子的擴散距離極短,Gd與Mg的密度差導(dǎo)致嚴重的比重偏析。在鑄錠水平方向,保溫溫度越高,擴散至熔體中的Gd元素含量越高,Gd原子的擴散距離也逐漸增大,局部溶質(zhì)原子的偏聚程度越低,在同等條件下對枝晶生長的抑制作用也有所減弱。
【關(guān)鍵詞】：Mg-Gd-Zr稀土鎂合金 制備工藝 合金化 力學(xué)性能 擴散
【學(xué)位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.21
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1. 緒論11-26
• 1.1 稀土鎂合金11-15
• 1.1.1 稀土元素及其特點11-14
• 1.1.2 稀土鎂合金需要解決的問題14-15
• 1.2 稀土鎂合金常用的強化方式15-19
• 1.2.1 固溶強化15
• 1.2.2 細晶強化15-17
• 1.2.3 時效強化17-18
• 1.2.4 彌散強化18-19
• 1.3 Mg-Gd系鎂合金與含Zr鎂合金的研究現(xiàn)狀19-21
• 1.3.1 Mg-Gd系鎂合金的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3.2 含Zr鎂合金的研究現(xiàn)狀20-21
• 1.4 鎂合金凝固組織中的常見缺陷21-23
• 1.4.1 凝固組織中的疏松和縮孔21-22
• 1.4.2 凝固組織中的偏析22-23
• 1.4.3 凝固組織中的夾雜23
• 1.5 本課題研究的背景及內(nèi)容23-25
• 1.5.1 選題背景23-24
• 1.5.2 課題研究內(nèi)容24-25
• 1.5.3 實驗研究路線25
• 1.6 本章小結(jié)25-26
• 2. 實驗材料及研究方法26-33
• 2.1 熔煉工藝對合金凝固組織的影響26-27
• 2.2 合金化方式對合金凝固組織的影響27-28
• 2.3 Gd含量與熱處理對合金顯微組織和力學(xué)性能的影響28-30
• 2.4 Gd元素在Mg熔體中的擴散研究30-31
• 2.5 組織觀察及性能測試31-32
• 2.6 本章小結(jié)32-33
• 3. 制備工藝對合金凝固組織的影響33-49
• 3.1 攪拌對合金凝固組織的影響33-34
• 3.2 冷卻速度對合金凝固組織的影響34-36
• 3.3 熔煉溫度對合金凝固組織的影響36-39
• 3.4 合金化方式對合金凝固組織的影響39-47
• 3.4.1 Mg-30Gd中間合金的微觀組織40-41
• 3.4.2 試樣凝固組織對比41-47
• 3.5 本章小結(jié)47-49
• 4. Gd含量與熱處理對合金微觀組織與力學(xué)性能的影響49-59
• 4.1 顯微組織49-53
• 4.2 力學(xué)性能53-57
• 4.2.1 Gd含量不同對合金力學(xué)性能的影響53-54
• 4.2.2 熱處理對合金力學(xué)性能的影響54-55
• 4.2.3 斷口形貌55-57
• 4.3 討論57-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 5. Gd元素在Mg熔體中的擴散研究59-74
• 5.1 未溶Gd塊的形貌及周圍組織59-61
• 5.2 擴散過程分析61-67
• 5.3 鑄錠內(nèi)部Gd元素的分布情況67-70
• 5.4 鑄態(tài)合金中方塊相的形成原因分析70-72
• 5.5 本章小結(jié)72-74
• 結(jié)論74-76
• 參考文獻76-80
• 在學(xué)期間研究成果80-81
• 致謝81

【相似文獻】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 趙旭;Mg-xGd-Zr合金的制備工藝與組織研究[D];北京有色金屬研究總院;2015年

2 鄭偉文;Mg-xGd-Zr合金擴散及均勻化研究[D];北京有色金屬研究總院;2015年

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本文編號：926789