超声波对铝合金组织和性能的影响

发布时间：2020-10-20 17:27

　　 超声波作为一种控制金属凝固的重要方式,能够显著改善材料的组织和性能,是当前国内外研究的热点课题,同时也是制备超级金属的一种发展方向。目前研究的热点主要集中在超声对晶粒细化和除气的影响,而超声波对金属组织和性能的影响是全面而复杂的,如超声波对溶质固溶度的影响,超声对晶粒取向的影响,超声与传统晶粒细化剂的对比等亟需深入和细致的研究,这样才能够对超声影响金属组织的机理有更深刻的认识和理解。本课题选择超声对铝合金组织和性能的影响作为切入点,主要研究如下内容:(1)在Al-10Mg合金熔体不同冷却阶段施加超声波,研究凝固组织、Mg的固溶度和晶粒取向的差别。研究发现超声波在凝固过程中施加超声的效果优于凝固前施加超声的效果,证实了超声波能够极大程度地细化合金晶粒,晶粒尺寸从厘米级细化至微米级,同时有效地提高了Mg在晶内的固溶度,未超声时Mg在晶内的固溶度仅有1.01%,经超声处理后Mg在晶内的固溶度为10.12%,超声不但提高了Mg在晶内的固溶度,而且提高了Mg在晶界的固溶度。在不同的冷却阶段施加超声的晶粒取向不同,采用边—边匹配模型对上述结果进行了解释,Al的{220}和Mg的{1011}最为匹配,错配度d值最小,仅为4.92%。(2)研究超声和传统的晶粒细化剂对3003铝合金在微观组织、Mn元素固溶度和塑性性能的影响:超声波比Al-5Ti-B具有更好的晶粒细化效果,超声波能够提高了Mn在基体中固溶度,未经超声时铜元素集中在晶界分布,而经过超声处理后,铜元素均匀地分布在整个样品中。这些效果是采用传统细化剂所无法替代的。通过Gleeble1500D进行的热力模拟实验,证实了超声处理过的3003合金具有更好的力学性能。(3)在实际生产中,对超声和传统晶粒细化剂Al-5Ti-B的细化效果进行对比,发现超声波比传统的晶粒细化剂具有很好的晶粒细化效果,无需引入元素,就能够消除采用Al-5Ti-B细化所具有的裂边现象。同时还发现超声波与晶粒细化剂叠加使用的效果较差,并对该现象进行了解释。
【学位单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TG146.21
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 选题的背景及意义
    1.2 超声的应用物理基础简介
        1.2.1 超声的产生和传导
        1.2.2 超声的非线性效应
    1.3 超声波在铝合金熔炼中应用的研究现状
        1.3.1 超声场对金属凝固组织的影响
        1.3.2 超声场对成分偏析的影响
        1.3.3 超声场影响凝固组织的机理
    1.4 课题的选题意义和研究内容
第2章 实验及研究方法
    2.1 实验装置
    2.2 样品制备
    2.3 样品表征
第3章 超声波对Al-10Mg组织与性能的影响
    3.1 引言
    3.2 实验方法
        3.2.1 实验材料
        3.2.2 实验设计与步骤
    3.3 实验结果
        3.3.1 超声波对Al-10Mg晶粒尺寸的影响
        3.3.2 超声波对Al-10Mg固溶度的影响
        3.3.3 超声波对Al-10Mg晶面取向的影响
    3.4 本章小结
第4章 超声波对3003铝合金组织与性能的影响
    4.1 引言
    4.2 实验方法
        4.2.1 实验材料
        4.2.2 实验设计与步骤
    4.3 实验结果
        4.3.1 超声波对3003铝合金晶粒尺寸的影响
        4.3.2 超声波对3003铝合金固溶度的影响
        4.3.3 热变形条件对经超声处理3003铝合金流变应力行为的影响
        4.3.4 热变形条件对3003铝合金高温稳态流变应力的影响规律
    4.4 本章小结
第5章 超声波对1060铸轧铝合金组织的影响
    5.1 引言
    5.2 实验方法
        5.2.1 实验材料和设备
        5.2.2 实验设计与步骤
    5.3 实验结果
        5.3.1 超声波对1060铝合金铸轧板晶粒尺寸的影响
        5.3.2 超声和Al-5Ti-B叠加使用效果变差的原因
    5.4 本章小结
第6章 结论
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

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本文编号：2848949