本文關(guān)鍵詞：Mg-Sm-χCa合金定向凝固行為研究

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【摘要】：鎂合金由于其密度低、高的比強(qiáng)度被廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天等領(lǐng)域,但是由于鎂合金的強(qiáng)度低,尤其是高溫性能差極大地限制了鎂合金的廣泛應(yīng)用。鎂合金的塑性成形能力低、強(qiáng)度差與它的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu)、滑移系少、晶粒取向等是分不開的,因此要想改善并提高鎂合金的使用性能,對(duì)鎂合金晶粒取向的有效控制以及改善其顯微組織有望成為一種有效的方法。定向凝固技術(shù)做為一種新型的制備加工技術(shù),能夠獲得特定取向的柱狀晶組織,消除橫向晶界,提高材料的縱向力學(xué)性能。本文以Mg-4Sm二元合金為基礎(chǔ),加入不同的Ca(0%,0.5%,1.0%)含量制備了定向凝固試棒,隨后對(duì)其在不同的生長(zhǎng)速度(25μm/s,50μm/s,100μm/s,200μm/s,1000μm/s)和不同的溫度梯度(7K/mm,10K/mm,13K/mm)進(jìn)行了系統(tǒng)的定向凝固試驗(yàn)。采用金相顯微鏡、掃描電鏡等手段對(duì)其合金微觀組織、斷口形貌等進(jìn)行了研究。分析合金中相的種類、分布以及生長(zhǎng)速度、溫度梯度對(duì)固液界面形態(tài)、顯微組織、斷口形貌、力學(xué)性能的影響。獲得了以下研究發(fā)現(xiàn):Mg-4Sm合金室溫組織有α-Mg相和Mg41Sm5相組成,加入鈣后有Mg2Ca相生成。鑄態(tài)下組織中含有大量的樹枝晶,經(jīng)過定向凝固后組織轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢罹?對(duì)斷口進(jìn)行掃描發(fā)現(xiàn)鑄態(tài)下的合金斷裂形式皆為脆性斷裂。經(jīng)過定向凝固后韌性斷裂傾向增加,當(dāng)生長(zhǎng)速度為50μm/s時(shí),韌性斷裂所占的比例最大;隨著生長(zhǎng)速度的增加,晶粒尺寸逐漸減小,達(dá)到50μm/s時(shí)最細(xì),橫斷面組織接近等軸晶,超過50μm/s這種趨勢(shì)逐漸減小,另一方面生長(zhǎng)速度的增加也增加了柱狀晶的不連續(xù)性,不均勻性,生長(zhǎng)速度越大,不連續(xù)性就越明顯,甚至出現(xiàn)了胞狀樹枝晶。同一生長(zhǎng)速度下,溫度梯度越高柱狀晶的均勻穩(wěn)定性及方向性越好。同一溫度梯度下,隨著生長(zhǎng)速度的增加,抗拉強(qiáng)度逐漸增加,生長(zhǎng)速度為50μm/s時(shí)達(dá)到最大值171MPa,相比于鑄態(tài)下提高87.9%。在定向凝固過程中,Sm,Ca原子主要向柱狀晶生長(zhǎng)前方移動(dòng)生成第二相,促進(jìn)新晶核形核阻礙原先晶粒的生長(zhǎng),增加了柱狀晶的不連續(xù)性,并且Ca含量越多這種不連續(xù)性越明顯。此外,在定向凝固下隨著鈣含量的增加,組織得到一定程度的細(xì)化,力學(xué)性能也得到提高,但是當(dāng)Ca含量超過0.5%時(shí),拉伸性能開始降低,這是由于高鈣的強(qiáng)成分過冷作用增加了柱狀晶的不連續(xù)性。
【關(guān)鍵詞】：鎂合金 定向凝固 顯微組織 力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG146.22
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-25
• 1.1 課題背景及研究目的和意義9-13
• 1.2 耐熱鎂合金的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展13-16
• 1.2.1 提高鎂合金耐熱性的方法及其機(jī)理13-14
• 1.2.2 含稀土耐熱鎂合金14
• 1.2.3 含Ca的常用鎂合金系14-16
• 1.3 定向凝固技術(shù)16-24
• 1.3.1 凝固理論的發(fā)展歷程16-17
• 1.3.2 定向凝固在材料制備中的作用17-18
• 1.3.3 定向凝固方法18-24
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容24-25
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)方法25-33
• 2.1 實(shí)驗(yàn)方案25-26
• 2.1.1 工藝路線25-26
• 2.1.2 合金成分設(shè)計(jì)26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備26-27
• 2.2.1 熔煉設(shè)備26
• 2.2.2 定向凝固設(shè)備26-27
• 2.3 定向凝固試樣棒的制備27-33
• 2.3.1 感應(yīng)線圈的準(zhǔn)備28-29
• 2.3.2 防護(hù)涂料的選擇及使用29
• 2.3.3 熔劑的選擇29-30
• 2.3.4 鑄型的選擇及改進(jìn)30-31
• 2.3.5 定向凝固試樣棒的熔鑄31-33
• 第三章 定向凝固實(shí)驗(yàn)33-39
• 3.1 Bridgman型定向凝固基本理論33-35
• 3.1.1 熱流分析33-34
• 3.1.2 成分過冷分析34-35
• 3.1.3 定向凝固中各個(gè)區(qū)的組織特點(diǎn)35
• 3.2 定向凝固重要工藝參數(shù)35-36
• 3.2.1 溫度梯度GL的測(cè)定35-36
• 3.2.2 生長(zhǎng)速率的設(shè)定36
• 3.3 定向凝固實(shí)驗(yàn)過程36-37
• 3.4 試樣的金相處理及檢測(cè)分析37-39
• 第四章 定向凝固對(duì)Mg-4Sm-χCa合金微觀組織的影響39-57
• 4.1 相圖及相的形成路線39-40
• 4.2 物相分析40-42
• 4.3 Ca含量對(duì)鑄態(tài)Mg-4Sm-χCa合金組織的影響42-43
• 4.4 生長(zhǎng)速度對(duì)固液界面的影響43-45
• 4.5 生長(zhǎng)速度對(duì)Mg-4Sm合金凝固組織的影響45-46
• 4.6 生長(zhǎng)速度對(duì)Mg-4Sm-0.5Ca合金凝固組織的影響46
• 4.7 生長(zhǎng)速度對(duì)Mg-4Sm-1.0Ca合金凝固組織的影響46-47
• 4.8 溫度梯度對(duì)Mg-4Sm-χCa合金凝固組織的影響47-53
• 4.9 Sm,Ca原子在合金定向凝固過程中的移動(dòng)分析53-55
• 4.10本章小結(jié)55-57
• 第五章 定向凝固對(duì)Mg-4Sm-χCa合金力學(xué)性能的影響57-63
• 5.1 Ca含量對(duì)合金力學(xué)性能的影響57-58
• 5.2 生長(zhǎng)速度對(duì)力學(xué)性能的影響58-61
• 5.2.1 生長(zhǎng)速度對(duì)拉伸性能的影響58-59
• 5.2.2 不同生長(zhǎng)速度下斷.形貌的分析59-61
• 5.3 小結(jié)61-63
• 第六章 結(jié)論63-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 致謝69-71
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄71-72

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