微合金化及磁场处理对Al-10%Ni合金凝固组织及性能的影响

发布时间：2017-09-03 08:34

  本文关键词：微合金化及磁场处理对Al-10%Ni合金凝固组织及性能的影响

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【摘要】：Al-Ni合金是一种重要的轻型结构材料,它秉承了铸造铝合金良好的铸造性能以及高的导电、导热性能,同时具有比强度高、流动性好和抗高温氧化性能等优点。合金化处理和磁场处理这两大工艺一直是人们研究的焦点,合金化处理具有净化熔体、变质细化等效果,磁场处理具有环保、操作便捷和效果突出等优点。本文研究了微量元素RE、Sr、Zr和稳恒磁场、脉冲磁场、交变磁场对Al-10%Ni合金凝固组织及力学性能的影响,研究结果表明:1)RE、Sr和Zr合金化显著改变了Al-10%Ni合金的凝固组织。随着RE含量的升高,Al3Ni相先细化后粗化,当RE含量为0.4%时,组织细化最明显。随着Sr、Zr含量的升高,Al3Ni相逐渐细化。添加RE后合金中出现了Al3Ce和Al4Ce新相,添加Sr后合金中出现了AlSr新相,添加Zr后合金中出现了Al2Zr和Al3Zr新相。随着RE、Sr含量的升高,合金的硬度有所降低;随着Zr含量的升高,合金的硬度逐渐提高;加入0.4%的RE或0.6%的Sr后,合金的抗拉强度和伸长率都有所降低;加入0.6%的Zr后,合金的抗拉强度提高了20%,伸长率降低了46%。2)稳恒磁场处理显著改善了Al-10%Ni合金的凝固组织。在0-1.5T范围内,随着磁感应强度的增加,Al3Ni相分布更均匀,在平行于磁场方向的截面上Al3Ni相发生定向排列,且定向排列程度逐渐提高,间距逐渐减小。α-Al的(311)晶面的生长受到抑制,在(111)晶面形成了择优取向;Al3Ni相在(hk0)面的衍射强度增强,在其它方向的衍射强度减弱甚至消失,且发生c轴取向。铝基体的晶格常数普遍比无磁场时的低。稳恒磁场处理后,合金硬度总体有所提高,当磁感应强度为1.1T时,合金的抗拉强度提高了3.1%,伸长率提高了41.6%。3)在脉冲磁场的作用下,通过改变工艺参数,可以显著细化Al-10%Ni合金的凝固组织,Al3Ni相由粗大长条状转变为细小颗粒状。在0-300V范围内,随着脉冲电压的增大,Al3Ni相先粗化后细化;当脉冲电压为250V时,Al3Ni相最细小。在0-10Hz的范围内,随着脉冲频率的增加,Al3Ni相逐渐细化。无论是否施加脉冲磁场处理,随着浇注温度或铸型预热温度的降低,Al3Ni相均逐渐细化。施加脉冲磁场后,基体α-Al在(200)晶面结晶取向受到抑制,分别在(111)和(311)晶面形成了新的择优取向。当脉冲电压为200V时,合金的抗拉强度提高了40%,但伸长率降低了20%。4)在0-250V范围内,随着交变电压的升高,Al3Ni相是先细化后粗化;当交变电压为150V时,Al3Ni链状组织最细;当交变电压为250V时,Al3Ni相虽有所粗化,但晶体破碎较严重。随着铸型预热温度的升高,Al3Ni相逐渐粗化。随着浇注温度的升高,Al3Ni相逐渐细化。施加交变磁场后,基体α-Al在(111)面形成了择优取向,在(200)面择优取向受到了抑制;Al3Ni相在(112)、(020)、(101)、(131)晶面出现了新的择优取向。交变磁场处理后合金的抗拉强度和硬度有所提高;当交变电压为200V时,抗拉强度提高了5%,硬度提高了8.8%,但伸长率降低了11%。
【关键词】：Al-10%Ni合金 微合金化 磁场处理 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】：TG146.21;TG292
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 铝及铝合金概述9-10
• 1.1.1 铝及铝合金特点及应用9
• 1.1.2 Al-Ni合金简介9-10
• 1.2 铝合金凝固组织细化方法10-12
• 1.2.1 化学细化法10-11
• 1.2.2 物理细化法11-12
• 1.3 RE、Sr、Zr在铝合金中的应用12-14
• 1.4 磁场作用下合金凝固研究进展14-18
• 1.4.1 稳恒磁场作用下合金凝固研究进展14-16
• 1.4.2 脉冲磁场作用下合金凝固研究进展16-17
• 1.4.3 交变磁场作用下合金凝固研究进展17-18
• 1.5 本文研究的意义和内容18-20
• 第2章 实验方案与方法20-26
• 2.1 实验材料及熔炼20
• 2.2 实验装置20-22
• 2.3 实验方案22-24
• 2.3.1 合金化处理22
• 2.3.2 稳恒磁场处理22
• 2.3.3 脉冲磁场处理22-23
• 2.3.4 交变磁场处理23-24
• 2.4 测试方法24-26
• 2.4.1 组织观察24
• 2.4.2 洛氏硬度测试24
• 2.4.3 拉伸性能测试24
• 2.4.4 X射线衍射分析24-25
• 2.4.5 扫描电镜测试25-26
• 第3章 RE、Sr、Zr含量对Al-10%Ni合金凝固组织及性能的影响26-41
• 3.1 RE含量对合金凝固组织的影响26-29
• 3.1.1 合金的宏观组织26-27
• 3.1.2 合金的微观组织27-28
• 3.1.3 合金的相分析28-29
• 3.2 Sr含量对合金凝固组织的影响29-32
• 3.2.1 合金的宏观组织29-30
• 3.2.2 合金的微观组织30-31
• 3.2.3 合金的相分析31-32
• 3.3 Zr含量对合金凝固组织的影响32-35
• 3.3.1 合金的宏观组织32-33
• 3.3.2 合金的微观组织33-34
• 3.3.3 合金的相分析34-35
• 3.4 RE、Sr、Zr含量对合金力学性能的影响35-37
• 3.5 分析与讨论37-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 稳恒磁场对Al-10%Ni合金凝固组织及性能的影响41-51
• 4.1 稳恒磁场对合金凝固组织的影响41-43
• 4.2 稳恒磁场对合金结晶取向的影响43-44
• 4.3 稳恒磁场对铝基体晶格常数的影响44-45
• 4.4 稳恒磁场对合金力学性能的影响45-47
• 4.5 分析与讨论47-49
• 4.6 本章小结49-51
• 第5章 脉冲磁场对Al-10%Ni合金凝固组织及性能的影响51-64
• 5.1 脉冲磁场对合金凝固组织的影响51-56
• 5.1.1 Al-10%Ni合金典型宏观凝固组织51-52
• 5.1.2 不同脉冲电压下Al-10%Ni合金的微观凝固组织52
• 5.1.3 不同脉冲频率下Al-10%Ni合金的微观凝固组织52-53
• 5.1.4 不同浇注温度下Al-10%Ni合金的微观凝固组织53-55
• 5.1.5 不同铸型预热温度下Al-10%Ni合金的微观凝固组织55-56
• 5.2 脉冲磁场对合金结晶取向的影响56-58
• 5.3 脉冲磁场对合金力学性能的影响58-60
• 5.4 分析与讨论60-63
• 5.5 本章小结63-64
• 第6章 交变磁场对Al-10%Ni合金凝固组织及性能的影响64-74
• 6.1 交变磁场对合金凝固组织的影响64-68
• 6.1.1 不同交变电压下Al-10%Ni合金的凝固组织64-66
• 6.1.2 不同铸型预热温度下Al-10%Ni合金的凝固组织66-67
• 6.1.3 不同浇注温度下Al-10%Ni合金的凝固组织67-68
• 6.2 交变磁场对合金结晶取向的影响68-69
• 6.3 交变磁场对合金力学性能的影响69-71
• 6.4 分析与讨论71-73
• 6.5 本章小结73-74
• 第7章 结论74-75
• 参考文献75-79
• 发表论文和参加科研情况说明79-80
• 致谢80-81

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