高性能Mg-Gd系合金微观组织演化的同步辐射研究
发布时间：2021-08-12 12:33
随着全球资源与能源的减少,以及国际社会对轻量化和节能减排的日益重视,铸造镁稀土合金作为最轻的金属结构材料,以其优良的高温强度、良好的塑性、较强的抗蠕变性能以及阻尼抗震性,受到航空航天、航海、汽车等工业领域的普遍关注。其中金属凝固微观组织的演化过程作为决定合金铸件机械性能的重要参数,对铸件的力学和机械性能产生重大影响。因此,深入了解镁稀土合金不同条件下凝固组织的形态和生长行为,对实施调控措施,优化设计铸件的生产工艺、保证合金内在质量和提高铸件性能至关重要。本文选用具有hcp结构体系的Mg-Gd系合金作为研究对象,利用同步辐射X射线成像技术,控制温度梯度4K/mm不变,对不同特征结构、冷速和成分下,合金凝固过程中形成的微观组织特征如晶粒尺寸分布、枝晶臂间距、溶质分布,以及枝晶动态演化如枝晶的生长、断裂、漂移等行为进行理论分析。实验发现在同一温度梯度、不同特征结构下,微观组织演化过程存在较大差距。特征结构对枝晶的生长速率有很大影响,其中T型结构对枝晶生长有抑制作用,而变截面则促进枝晶生长;T型结构内的溶质倾向于向凸台底部富集,但T型结构中部并未出现溶质过度缺乏的现象,变截面结构内的溶质则是在...
【文章来源】：郑州轻工业大学河南省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
上海同步辐射光源（SSRF）
第2章同步辐射成像实验13冷管道和加热丝；加热炉的左右侧壁上设有进气口、出气口、出光口，进光口和出光口位于同一直线，且进出光口尺寸为20×5mm2，便于X射线的通过。炉体与密封盖内部水冷管道由导管连接组成循环，且在进光口和出光口处均设有耐高温的透光密封膜；实验腔内热电偶、加热丝与温控台连接，可对样品温度大小进行时刻控制。加热炉固定在三角支架上，由螺栓进行连接固定，在实验过程中将三角支架固定在实验台上，这样可有效防止在更换样品过程中加热炉发生移动而改变X射线穿透位置。三角支架底部设有与试验台相同规格螺栓口，便于固定加热炉位置。2.2样品制备与封装为使成像效果达到最佳，镁钆合金样片要足够薄，样品过厚将导致X射线吸收过多，并且样品太厚有可能使成像效果不清晰，发生枝晶重叠现象。本实验镁钆合金样品厚度为0.5mm。本实验Mg-15Gd（wt.%）合金是采用具有一定混合比例的Mg-87Gd（wt.%）中间合金和纯Mg（纯度为99.3wt.%）在熔炼炉中均匀混合并保温3个小时，浇注在45号钢模具中，实验所用合金样品由铸件底部制备。将熔炼铸造好的合金经过切削制备成矩形样片，样品的长度、宽度和厚度分别为70mm、50mm、0.5mm，变截面与T型样品则在此基础上进行切削制成。经过300目，800目，1500目手动打磨，打磨方向成垂直90°。再经过抛光机抛光，使样品表面光滑。样品另一面进行同样打磨抛光过程。样品打磨过程中，一定要保持样品表面光滑干净，保持合金样品两面的平行，样品表面如果有较深划痕则可能会影响成像效果。在成像实验中，将抛光后的镁钆合金样品放置在中空的石墨纸中，这种石墨图2-2实验加热炉设备Fig.2-2Experimentalfurnaceequipmentsource.
郑州轻工业大学工程硕士学位论文14纸要耐800℃高温，有稳定的化学性质，并且传热效果良好。硫磺粉均匀撒在样品周围，固定好石墨纸位置后，并在其四周均匀涂抹一层耐高温无机胶形成一个胶框来保护石墨纸不发生移动，厚度比石墨纸厚度略小，固化后将氧化铝陶瓷片其余地方均匀涂抹上无机耐高温胶，将另一片陶瓷片上下对照盖上，压实。最后在陶瓷片夹层边缘四周由外向里涂抹一层无机耐高温胶进行封装，将四周进行密封，减少气孔存在，将其放置在干燥箱中固化。如图2-3所示，为样品封装示意图。2.3实验原理与图像处理实验装置原理图如图2-4所示，首先对加热炉进行抽真空处理，同时充入惰性气体保护样品，最后对炉子进行预热处理。将封装后的样品垂直放置在加热炉231图2-3Mg-15Gd（wt.%）样品封装图：1-氧化铝陶瓷片，2-无机耐高温胶，3-石墨纸，4-镁合金样品，5-封装的样品Fig.2-3SchematicofMg-15Gd（wt.%）sample:1-Aluminaceramicsheet,2-InorganicHighTemperatureResistantAdhesive,3-graphitepaper,4-Magnesiumalloysample，5-Encapsulatedsample.45CCDVacuumfurnaceMg-15%wt.GdSampleX-rayUpperheaterLowerheater图2-4实验成像原理示意图Fig.2-4Schematicdiagramofexperimentalimagingprinciple.
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车轻量化技术:铝/镁合金及其成型技术发展动态[J]. 付彭怀,彭立明,丁文江. 中国工程科学. 2018(01)
[2]合金凝固组织微观模拟研究进展与应用[J]. 王同敏,魏晶晶,王旭东,姚曼. 金属学报. 2018(02)
[3]汽车轻量化材料技术综述[J]. 赵宇龙. 汽车工艺师. 2018(02)
[4]镁合金凝固过程三维枝晶形貌和生长取向研究进展:三维实验表征和相场模拟[J]. 荆涛,帅三三,汪明月,郑启威. 金属学报. 2016(10)
[5]镁合金在汽车车身上的应用研究[J]. 任兰柱,董瑞君,徐洪,张凯邦. 热加工工艺. 2016(10)
[6]车用镁合金性能对汽车轻量化发展的影响[J]. 金霄,汤梓铭. 新技术新工艺. 2015(11)
[7]冷速和热处理对Al-Si-Cu-Mg-Ni合金组织和性能的影响[J]. 余海洋,刘畅,杨宏韬,郎巳良,孙传坤,周任重,周芷西,严红革. 特种铸造及有色合金. 2014(05)
[8]Dendritic Growth Pattern and Dendritic Network Distortion in the Platform of a Ni-based Superalloy[J]. Xiaoli Zhang,Yizhou Zhou,Yanyun Han,Tao Jin,Xiaofeng Sun. Journal of Materials Science & Technology. 2014(03)
[9]冷却速率对AZ91D镁合金非平衡凝固组织的影响[J]. 杨伟,陈寿辉,张守银,余欢,严青松,蔡长春. 中国有色金属学报. 2014(03)
[10]Zn含量对Mg-Er-Zn合金铸态组织和力学性能的影响[J]. 张晋涛,李志宏,李克志. 铸造技术. 2013(11)
硕士论文
[1]A357合金凝固特性及其充填规律的研究[D]. 李建峰.西北工业大学 2006
[2]冷却速率对镁合金显微组织以及力学性能的影响[D]. 张保平.重庆大学 2006
本文编号：3338325
【文章来源】：郑州轻工业大学河南省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
上海同步辐射光源（SSRF）
第2章同步辐射成像实验13冷管道和加热丝；加热炉的左右侧壁上设有进气口、出气口、出光口，进光口和出光口位于同一直线，且进出光口尺寸为20×5mm2，便于X射线的通过。炉体与密封盖内部水冷管道由导管连接组成循环，且在进光口和出光口处均设有耐高温的透光密封膜；实验腔内热电偶、加热丝与温控台连接，可对样品温度大小进行时刻控制。加热炉固定在三角支架上，由螺栓进行连接固定，在实验过程中将三角支架固定在实验台上，这样可有效防止在更换样品过程中加热炉发生移动而改变X射线穿透位置。三角支架底部设有与试验台相同规格螺栓口，便于固定加热炉位置。2.2样品制备与封装为使成像效果达到最佳，镁钆合金样片要足够薄，样品过厚将导致X射线吸收过多，并且样品太厚有可能使成像效果不清晰，发生枝晶重叠现象。本实验镁钆合金样品厚度为0.5mm。本实验Mg-15Gd（wt.%）合金是采用具有一定混合比例的Mg-87Gd（wt.%）中间合金和纯Mg（纯度为99.3wt.%）在熔炼炉中均匀混合并保温3个小时，浇注在45号钢模具中，实验所用合金样品由铸件底部制备。将熔炼铸造好的合金经过切削制备成矩形样片，样品的长度、宽度和厚度分别为70mm、50mm、0.5mm，变截面与T型样品则在此基础上进行切削制成。经过300目，800目，1500目手动打磨，打磨方向成垂直90°。再经过抛光机抛光，使样品表面光滑。样品另一面进行同样打磨抛光过程。样品打磨过程中，一定要保持样品表面光滑干净，保持合金样品两面的平行，样品表面如果有较深划痕则可能会影响成像效果。在成像实验中，将抛光后的镁钆合金样品放置在中空的石墨纸中，这种石墨图2-2实验加热炉设备Fig.2-2Experimentalfurnaceequipmentsource.
郑州轻工业大学工程硕士学位论文14纸要耐800℃高温，有稳定的化学性质，并且传热效果良好。硫磺粉均匀撒在样品周围，固定好石墨纸位置后，并在其四周均匀涂抹一层耐高温无机胶形成一个胶框来保护石墨纸不发生移动，厚度比石墨纸厚度略小，固化后将氧化铝陶瓷片其余地方均匀涂抹上无机耐高温胶，将另一片陶瓷片上下对照盖上，压实。最后在陶瓷片夹层边缘四周由外向里涂抹一层无机耐高温胶进行封装，将四周进行密封，减少气孔存在，将其放置在干燥箱中固化。如图2-3所示，为样品封装示意图。2.3实验原理与图像处理实验装置原理图如图2-4所示，首先对加热炉进行抽真空处理，同时充入惰性气体保护样品，最后对炉子进行预热处理。将封装后的样品垂直放置在加热炉231图2-3Mg-15Gd（wt.%）样品封装图：1-氧化铝陶瓷片，2-无机耐高温胶，3-石墨纸，4-镁合金样品，5-封装的样品Fig.2-3SchematicofMg-15Gd（wt.%）sample:1-Aluminaceramicsheet,2-InorganicHighTemperatureResistantAdhesive,3-graphitepaper,4-Magnesiumalloysample，5-Encapsulatedsample.45CCDVacuumfurnaceMg-15%wt.GdSampleX-rayUpperheaterLowerheater图2-4实验成像原理示意图Fig.2-4Schematicdiagramofexperimentalimagingprinciple.
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车轻量化技术:铝/镁合金及其成型技术发展动态[J]. 付彭怀,彭立明,丁文江. 中国工程科学. 2018(01)
[2]合金凝固组织微观模拟研究进展与应用[J]. 王同敏,魏晶晶,王旭东,姚曼. 金属学报. 2018(02)
[3]汽车轻量化材料技术综述[J]. 赵宇龙. 汽车工艺师. 2018(02)
[4]镁合金凝固过程三维枝晶形貌和生长取向研究进展:三维实验表征和相场模拟[J]. 荆涛,帅三三,汪明月,郑启威. 金属学报. 2016(10)
[5]镁合金在汽车车身上的应用研究[J]. 任兰柱,董瑞君,徐洪,张凯邦. 热加工工艺. 2016(10)
[6]车用镁合金性能对汽车轻量化发展的影响[J]. 金霄,汤梓铭. 新技术新工艺. 2015(11)
[7]冷速和热处理对Al-Si-Cu-Mg-Ni合金组织和性能的影响[J]. 余海洋,刘畅,杨宏韬,郎巳良,孙传坤,周任重,周芷西,严红革. 特种铸造及有色合金. 2014(05)
[8]Dendritic Growth Pattern and Dendritic Network Distortion in the Platform of a Ni-based Superalloy[J]. Xiaoli Zhang,Yizhou Zhou,Yanyun Han,Tao Jin,Xiaofeng Sun. Journal of Materials Science & Technology. 2014(03)
[9]冷却速率对AZ91D镁合金非平衡凝固组织的影响[J]. 杨伟,陈寿辉,张守银,余欢,严青松,蔡长春. 中国有色金属学报. 2014(03)
[10]Zn含量对Mg-Er-Zn合金铸态组织和力学性能的影响[J]. 张晋涛,李志宏,李克志. 铸造技术. 2013(11)
硕士论文
[1]A357合金凝固特性及其充填规律的研究[D]. 李建峰.西北工业大学 2006
[2]冷却速率对镁合金显微组织以及力学性能的影响[D]. 张保平.重庆大学 2006
本文编号：3338325
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