鎂合金具有比重輕、高比強(qiáng)度、高比剛度以及良好的鑄造性能、良好的電磁屏蔽能力和易于再生利用等一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在汽車、飛機(jī)、計(jì)算機(jī)及通訊等設(shè)備上獲得了日益廣泛的應(yīng)用，被認(rèn)為是“21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿颓巴镜牟牧稀�。但鎂合金密排六方的晶體結(jié)構(gòu)決定了其塑性變形能力較差、成材率低、力學(xué)性能差等一系列問題，解決這些問題是鎂合金進(jìn)一步應(yīng)用的關(guān)鍵。實(shí)踐證明晶粒細(xì)化既能提高材料的強(qiáng)度，又能提高材料的塑性，所以晶粒細(xì)化在鎂合金的研究中顯得尤為重要。 本文以Mg-Al-Zn系中最具有代表性的AZ91D合金的組織細(xì)化作為研究方向，以溶質(zhì)元素Sr和高頻磁場(chǎng)對(duì)AZ91D的組織和性能的影響為主要研究?jī)?nèi)容，探討AZ91D的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和性能變化之間的關(guān)系，以提高合金的綜合性能。 本文通過添加微量Sr配制了四種合金。采用光學(xué)顯微鏡(OM)、X射線衍射儀(XRD)、差示掃描量熱儀(DSC)、帶能譜分析(EDS)的掃描電子顯微鏡(SEM)等分析手段，通過對(duì)合金的抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、流動(dòng)性等性能的測(cè)試，較系統(tǒng)和深入地研究了Sr對(duì)AZ91D合金組織及力學(xué)性能的影響及其作用機(jī)理。同時(shí)，在工藝方面，通過在合金熔液的凝固過程中施與高頻磁場(chǎng)，研究了初生晶形態(tài)的演變過程和機(jī)制，以及高頻磁場(chǎng)對(duì)合金顯微組織的影響。 研究表明，鑄態(tài)時(shí)，合金的顯微組織主要是由α-Mg基體和離異共晶析出的化合物β-Mg_(17)Al_(12)相組成，添加0.2wt％Sr和0.5wt％Sr的合金中未發(fā)現(xiàn)存在不同于原始AZ91D合金組織的新相，而添加0.8wtSr％的合金中有新的Al_4Sr相生成。添加微量Sr元素，合金晶粒得到明顯的細(xì)化，且隨著Sr含量的增加，細(xì)化程度不斷增加，晶粒大小由平均250μm減少到120μm。通過面分布分析發(fā)現(xiàn)合金中的Sr元素幾乎都分布在晶界上，合金的其他元素如Mn、Zn和Al等也主要存在在晶界上。Sr以兩種形式存在于合金中：一方面以固溶形式存在于合金中，影響Mg_(17)Al_(12)相的形態(tài)，作為表面活性元素細(xì)化晶粒；另一方面生成新的化合物Al_4Sr相，Al_4Sr相是高溫穩(wěn)定相，可以提高合金的共晶溫度，從而細(xì)化晶粒。 由于晶粒細(xì)化的作用，合金的力學(xué)性能得到了一定程度的提高。AZ91D合金的抗拉強(qiáng)度是129MPa，而添加0.8wt％Sr以后，抗拉強(qiáng)度可達(dá)到160MPa，提高了23.6％。AZ91D的伸長(zhǎng)率是1.1％，AZ91D-0.5wt％Sr、AZ91D-0.8wt％Sr的伸長(zhǎng)率分別為1.95％和1.3％。鑄態(tài)下AZ91D合金斷裂總體上屬于脆性斷裂，從斷口來看，具有解理特征，合金經(jīng)Sr變質(zhì)處理后，斷口呈現(xiàn)一定的韌窩和撕裂棱，具有準(zhǔn)解理斷裂的特征，說明經(jīng)Sr變質(zhì)處理后，合金的韌性更好。 Sr的加入，對(duì)合金的固相線溫度影響不大，但能明顯降低合金的液相線溫度。液相線溫度從AZ91D合金的596℃下降到添加0.8wt％Sr后的566℃，固相線溫度從AZ91D合金的435℃升高到添加0.8wt％Sr后的437℃，合金的結(jié)晶溫度間隔減小了32℃。AZ91D合金流動(dòng)性試驗(yàn)中螺旋型澆注試樣長(zhǎng)度為33mm，而當(dāng)加入0．5wt％Sr后，其長(zhǎng)度為40mm，合金的流動(dòng)性比加入前提高了21％。 AZ91D鎂合金在常規(guī)凝固條件下，由于成分過冷，α-Mg相為粗大的、明顯的樹枝晶，晶界上的共晶體形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且共晶組織較厚。經(jīng)高頻電磁攪拌后晶粒有所細(xì)化，晶粒變得圓整和細(xì)化，晶粒大小從180μm減小到120μm。用石英管作為加熱容器會(huì)使石英管中的硅與鎂反應(yīng)生成Mg_2Si，離石英管壁越近，Mg_2Si越多。經(jīng)熱力學(xué)計(jì)算，證明反應(yīng)2Mg(l)+SiO_2(s)→Mg_2Si(S)+O_2(g)在963K時(shí)可自發(fā)進(jìn)行。電磁場(chǎng)對(duì)凝固過程中的合金的影響主要是促使枝晶破碎和提高合金元素在鎂中的溶解度。
【學(xué)位單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2006
【中圖分類】：TG146.22
【部分圖文】：

000.6月 ...........................OOO。O一‘---尸-----‘-，-‘一一 一，，，，，，，，，。002一003一 004.00‘一 0000圖3一2晶粒內(nèi)島狀相SEM形貌及EDS成分分析 F19.3一 2SEMmierograPhofislandPhaseintheAZglD+0.swt%SralloyandtheEDSresult24

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本文編號(hào)：2822960