两种镁合金热裂行为研究

发布时间：2017-04-12 19:23

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【摘要】：镁合金作为一种轻型环保金属材料,由于密度低、比强度高、卓越的液态成型性能等一系列优点,在航空航天、汽车、电子信息等领域得到了广泛的应用。但由于镁合金在铸造过程中易形成热裂纹而降低了铸件的性能。热裂纹的出现限制了镁合金产品的发展。因此对镁合金热裂行为的研究具有重要的意义和实用价值。稀土元素由于具有细化晶粒,改善合金的组织等优点,被广泛的应用在镁合金中,用于提高其室温和高温力学性能,以及其抗蠕变性能。EW75镁合金作为一种新研发的稀土镁合金具有很好的高温力学性能,ZK60镁合金是ZK系镁合金中强度最高的,但EW75和ZK60镁合金都易在铸造过程中形成热裂纹。本论文通过Clyne和Davies的理论模型对EW75和ZK60镁合金的热裂敏感性进行了预测,利用金相显微镜和扫描电镜对热裂区域的组织进行了观察。研究了不同模具温度和浇注温度下合金的热裂行为,并将实验结果与常用的铸造镁合金AZ91的热裂行为进行了比较。实验结果表明,EW75、ZK60和AZ91镁合金热裂敏感性系数(CSC)大小的关系为:AZ91EW75ZK60,ZK60镁合金的热裂敏感性最大,AZ91镁合金的热裂敏感性最小,理论预测预结果与实验结果相符。通过对不同模具温度和浇注温度下的铸件裂纹体积的比较可知随着模具温度和浇注温度的提高,合金的热裂敏感性逐渐降低。EW75镁合金热裂纹的发生符合液膜理论、凝固收缩补偿理论和晶间搭桥理论。液膜的强度不足以抵抗凝固收缩应力,在收缩应力的作用下液膜发生撕裂形成裂纹,但EW75镁合金在凝固末期剩余的液相分数较ZK60镁合金多,能够及时的对裂纹进行补缩使裂纹愈合。并且会有晶间搭桥出现,增大枝晶间的结合力,降低合金的热裂倾向性。ZK60镁合金的脆弱区域的温度区间ΔTC较大,枝晶比较粗大,凝固末期剩余的液相分数少,分离的枝晶得不到很好的补缩是其形成热裂纹的主要原因。AZ91镁合金的热裂倾向性低是由于其凝固温度区间和脆弱区域的温度区间都较窄,并且在凝固末期剩余的液相多,能够很好的对裂纹进行填充,使裂纹愈合。
【关键词】：镁合金 热裂行为 热裂敏感性系数 热裂机理
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 镁及镁合金10-12
• 1.1.1 纯镁10
• 1.1.2 镁合金的性质10-11
• 1.1.3 镁合金的分类11
• 1.1.4 镁合金的应用11-12
• 1.2 合金热裂机理12-14
• 1.2.1 液膜理论12
• 1.2.2 强度理论12-13
• 1.2.3 晶间搭桥理论13
• 1.2.4 凝固收缩补偿理论13-14
• 1.3 热裂敏感系数的实验评定方法14-15
• 1.3.1 热裂环法14
• 1.3.2 临界尺寸法14-15
• 1.3.3 临界载荷法15
• 1.4 影响合金热裂性能的因素15-16
• 1.4.1 合金性质的影响15-16
• 1.4.2 浇注条件的影响16
• 1.4.3 铸型的影响16
• 1.5 镁合金热裂行为的研究现状16-17
• 1.6 课题的研究目的17-19
• 第2章 实验材料、设备及方法19-26
• 2.1 实验材料19
• 2.2 实验设备19-22
• 2.2.1 热裂测试系统19-20
• 2.2.2 实验模具20-21
• 2.2.3 信号采集模块21
• 2.2.4 信号转化模块21
• 2.2.5 输出显示模块21-22
• 2.3 实验方法22-26
• 2.3.1 合金熔炼22
• 2.3.2 镁合金的热分析22-24
• 2.3.3 合金热裂纹体积的测量24-25
• 2.3.4 显微组织分析25-26
• 第3章 EW75和ZK60镁合金的热裂行为研究26-44
• 3.1 合金的热裂敏感性预测26-28
• 3.2 合金脆弱区域的凝固温度区间对合金热裂敏感性的影响28-29
• 3.3 合金凝固路径对热裂敏感性的影响29-33
• 3.3.1 合金的冷却曲线分析29-31
• 3.3.2 糊状区对合金热裂敏感性的影响31-32
• 3.3.3 凝固温度区间对合金热裂敏感性的影响32-33
• 3.4 合金的热裂纹体积33-34
• 3.5 合金的铸态组织、热裂断口形貌和热裂区微观组织分析34-41
• 3.5.1 合金的铸态组织34-35
• 3.5.2 合金的热裂断口形貌观察35-37
• 3.5.3 合金热裂断口区域微观组织分析37-41
• 3.6 凝固收缩应力对合金热裂行为的影响41-44
• 第4章 模具温度和浇注温度对合金热裂敏感性的影响44-63
• 4.1 模具温度对合金热裂敏感性的影响44-54
• 4.1.1 不同模具温度下的热裂纹体积44-45
• 4.1.2 不同模具温度下的合金热裂断口区域截面分析45-48
• 4.1.3 不同模具温度下的合金热裂断口形貌分析48-50
• 4.1.4 不同模具温度下合金凝固收缩应力的分析50-54
• 4.2 浇注温度对合金热裂敏感性的影响54-63
• 4.2.1 不同浇注温度下的热裂纹体积54-56
• 4.2.2 不同浇注温度下的热裂断口截面分析56-59
• 4.2.3 不同浇注温度下的凝固收缩应力分析59-63
• 第5章 结论63-64
• 参考文献64-69
• 在学研究成果69-70
• 致谢70

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本文编号：301985