复合场处理对长周期结构增强Mg-Y-Cu合金凝固组织及力学性能的影响

发布时间：2017-08-06 04:11

  本文关键词：复合场处理对长周期结构增强Mg-Y-Cu合金凝固组织及力学性能的影响

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【摘要】：长周期堆垛有序结构作为镁合金中一种新的增强相,其在增强镁合金的室温和高温力学性能等方面具有显著的效果。铸态长周期结构增强的镁合金由于其粗大的晶粒和长周期结构的不均匀分布导致其力学性能较差。凝固组织的改善对于提高镁合金力学性能起着重要的作用。外场凝固处理法因其对合金液无污染及易于处理等特点,引起了人们的广泛关注。单一的物理场已经不能满足凝固技术的需要,为了更好地实现对金属熔体的控制,出现了一种新的凝固处理技术即复合场处理技术。本文以长周期结构增强Mg97Y2Cu1合金为研究对象,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)以及X射线衍射仪(XRD)等,研究了超声处理、机械振动处理、超声-机械振动复合处理、超声-脉冲磁场复合处理及机械振动-脉冲磁场复合处理对Mg97Y2Cu1合金凝固组织和力学性能的影响,并讨论了相关作用机理,主要研究结果如下:1)在超声,机械振动,超声-机械振动,超声-脉冲磁场及机械振动-脉冲磁场五种工艺作用下,Mg97Y2Cu1合金的凝固组织及力学性能均得到了改善;合金的初生相显著细化,其形态由发达的树枝晶转变为细小的等轴晶或蔷薇状晶体,其第二相分布变得均匀;超声-脉冲磁场或机械振动-脉冲磁场复合处理对合金的凝固组织及力学性能的改善效果好于单一的物理场处理;Mg97Y2Cu1合金力学性能的变化规律与其凝固组织的变化规律基本一致。2)当超声功率在0~900W范围内或处理时间在30~120s范围内,随着超声功率或处理时间的增加,合金的凝固组织先细化后粗化,转折点分别为700W和60s;在660~720℃范围内,随着超声施振温度的增加,合金的凝固组织逐渐细化。在0~300V范围内,随着机械振动振幅电压的增加,合金的初生相逐渐细化和退化;在机械振动的作用下,在660~750℃范围内,随着浇注温度的增加,合金的晶粒尺寸先降低后有所增加,转折点为720℃;在20~600℃范围内,随着模具预热温度的增加,合金的晶粒尺寸先升高后有所降低,转折点为400℃。当超声功率为700W,处理时间为60s时,超声作用下合金的综合性能最好,其抗拉强度和伸长率较常规铸造条件分别提高了23.8%和105%;当机械振动的振幅电压为300V时,机械振动作用下合金的抗拉强度和延伸率较常规铸造条件分别提高了84.5%和158%。3)经超声-机械振动复合处理后,合金元素Y和Cu在晶内的含量增加;当施振温度在660~750℃范围内或模具温度在20~600℃范围内,随着施振温度或模具温度的提高,超声-机械振动复合处理后合金的凝固组织先细化后粗化,转折点分别为720℃和200℃;当施振温度为720℃,模具预热温度为200℃时,超声-机械振动复合处理作用下合金的抗拉强度和伸长率最高,分别为172 MPa和8.8%。4)当施振温度在660~750℃范围内或模具温度在20~600℃范围内,随着施振温度或模具温度的提高,超声-脉冲磁场复合处理后合金的凝固组织先细化后粗化,转折点分别为720℃和200℃;在超声-脉冲磁场复合处理条件下,合金的抗拉强度和伸长率较常规铸造条件分别提高了30.1%和119.6%;Mg97Y2Cu1合金表现出优异的高温力学性能。5)在机械振动-脉冲磁场复合作用下,当放电电压在0~400V范围内或放电频率在0~10Hz范围内,随着放电电压或放电频率的增加,合金的晶粒尺寸逐渐减小;当浇注温度在660~750℃范围内或模具温度在20~600℃范围内,随着浇注温度或模具温度的提高,复合处理后合金的凝固组织先粗化后细化,转折点分别为690℃和400℃;在机械振动-脉冲磁场复合处理条件下,合金的抗拉强度和伸长率较常规铸造条件分别提高了23%和117.4%。
【关键词】：复合场处理 长周期结构 Mg97Y2Cu1合金 凝固组织 力学性能
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 镁合金概述11-12
• 1.1.1 镁合金的特征11
• 1.1.2 镁合金的应用11-12
• 1.2 长周期堆垛有序结构增强的镁合金12-13
• 1.3 镁合金的晶粒细化方法13-14
• 1.3.1 熔体过热法13
• 1.3.2 溶剂处理法13-14
• 1.3.3 合金元素添加法14
• 1.3.4 外场处理法14
• 1.3.5 其它方法14
• 1.4 脉冲磁场对金属凝固组织的影响14-16
• 1.4.1 脉冲磁场下金属凝固组织的细化机制15
• 1.4.2 脉冲磁场作用下细化金属凝固组织的实验研究15-16
• 1.5 机械振动对金属凝固组织的影响16-18
• 1.5.1 机械振动下金属凝固组织的细化机制17
• 1.5.2 机械振动作用下细化金属凝固组织的实验研究17-18
• 1.6 超声处理对金属凝固组织的影响18-20
• 1.6.1 超声处理影响金属凝固组织的机制18-19
• 1.6.2 超声波作用下细化金属凝固组织的实验研究19-20
• 1.7 复合场对金属凝固组织的影响20
• 1.8 本论文选题的目的和意义20-22
• 第2章 实验方案与方法22-31
• 2.1 实验材料22
• 2.2 实验设备22-25
• 2.2.1 熔炼装置22
• 2.2.2 超声波处理装置22-23
• 2.2.3 机械振动处理装置23
• 2.2.4 脉冲磁场处理装置23-24
• 2.2.5 超声-机械振动复合处理装置24
• 2.2.6 超声-脉冲磁场复合处理实验装置24
• 2.2.7 机械振动-脉冲磁场复合处理装置24-25
• 2.3 实验总体流程与研究方案25-29
• 2.3.1 合金的熔炼及凝固处理25-26
• 2.3.2 总体流程26
• 2.3.3 研究方案26-29
• 2.4 测试方法29-31
• 2.4.1 组织观察29
• 2.4.2 EDS分析29
• 2.4.3 X射线衍射分析29
• 2.4.4 合金拉伸性能测试及断.分析29-31
• 第3章 超声和机械振动对Mg-Y-Cu合金凝固组织和力学性能的影响31-50
• 3.1 超声处理对Mg-Y-Cu合金凝固组织及力学性能的影响31-41
• 3.1.1 合金第二相成分的确定31-32
• 3.1.2 合金的凝固组织32-39
• 3.1.3 合金的力学性能39-41
• 3.2 机械振动对Mg-Y-Cu合金凝固组织及力学性能的影响41-49
• 3.2.1 合金的相组成41
• 3.2.2 合金的凝固组织41-47
• 3.2.3 合金的力学性能47-49
• 3.3 本章小结49-50
• 第4章 超声-机械振动复合处理对Mg-Y-Cu合金凝固组织和力学性能的影响50-60
• 4.1 复合处理对Mg-Y-Cu合金凝固组织的影响50-57
• 4.1.1 合金第二相成分的确定50
• 4.1.2 合金典型的凝固组织50-53
• 4.1.3 不同施振温度下合金的凝固组织53-55
• 4.1.4 不同模具预热温度下合金的凝固组织55-57
• 4.2 复合处理对Mg-Y-Cu合金力学性能的影响57-59
• 4.2.1 合金典型的力学性能57-58
• 4.2.2 不同施振温度下合金的力学性能58
• 4.2.3 不同模具预热温度下合金的力学性能58-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第5章 超声-脉冲磁场复合处理对Mg-Y-Cu合金凝固组织和力学性能的影响60-71
• 5.1 复合处理对合金凝固组织的影响60-66
• 5.1.1 合金第二相成分的确定60
• 5.1.2 不同工艺下合金的凝固组织60-63
• 5.1.3 不同施振温度下合金的凝固组织63-64
• 5.1.4 不同模具预热温度下合金的凝固组织64-66
• 5.2 复合处理对合金力学性能的影响66-69
• 5.2.1 不同工艺下合金的力学性能66-67
• 5.2.2 不同施振温度下合金的力学性能67-69
• 5.2.3 不同模具预热温度下合金的力学性能69
• 5.3 本章小结69-71
• 第6章 机械振动-脉冲磁场复合处理对Mg-Y-Cu合金凝固组织和力学性能的影响71-84
• 6.1 复合处理对Mg-Y-Cu合金凝固组织的影响71-80
• 6.1.1 合金第二相成分的确定71
• 6.1.2 不同工艺下合金的凝固组织71-75
• 6.1.3 不同放电电压下合金的凝固组织75-76
• 6.1.4 不同放电频率下合金的凝固组织76-77
• 6.1.5 不同浇注温度下合金的凝固组织77-79
• 6.1.6 不同模具预热温度下合金的凝固组织79-80
• 6.2 复合处理对Mg-Y-Cu合金力学性能的影响80-83
• 6.2.1 不同工艺下合金的拉伸力学性能80-81
• 6.2.2 不同工艺参数下合金的拉伸力学性能81-83
• 6.3 本章小结83-84
• 第七章 结论与展望84-86
• 7.1 结论84-85
• 7.2 展望85-86
• 参考文献86-91
• 发表论文和参加科研情况说明91-92
• 致谢92-93

【参考文献】

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1 潘迪;樊自田;赵忠;唐波;成平;;机械振动对ZL101消失模铸造组织及性能的影响[J];特种铸造及有色合金;2009年03期

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本文编号：628298