镁锰基合金定向凝固组织和性能的研究

发布时间：2017-09-09 00:20

  本文关键词：镁锰基合金定向凝固组织和性能的研究

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【摘要】：本文通过区域熔化液态金属冷却法,对镁锰基合金进行定向凝固实验。研究了镁锰基合金的定向凝固过程,还研究了不同定向凝固工艺参数对镁锰基合金定向凝固显微组织和力学性能的影响,并比较在相同的实验参数下,Al和Y对Mg-1.5Mn合金定向凝固组织和性能的影响,且探究其影响机理。研究表明,镁锰基合金在定向凝固过程中,组织生长分为两个阶段:竞生生长阶段和稳定生长阶段。在竞生生长阶段,由于固液界面不稳定,组织的生长也不稳定,开始为短小的柱状晶,在长大的过程中由两个或多个细小的柱状晶逐渐合并为粗大的柱状晶,此时生长进入稳定阶段,在稳定生长阶段,晶粒逆着热流的方向长大成更长的柱状晶。当温度梯度不变时,随着凝固速度的增大,固液界面前方的成分过冷区逐渐增大。组织由平面晶逐步向胞晶、枝晶状发展,且凝固速度越大形核越多,因此柱状晶的平均宽度逐渐变窄。当凝固速度不变时,随着温度梯度的逐渐增大,固液界面前方的成分过冷区逐渐减小,组织也由胞晶逐渐向柱状晶发展,直至形成平面生长,因此随着温度梯度的增大,组织的晶粒尺寸逐渐变大。通过定向凝固实验后,镁锰基合金的力学性能均有很大提高,且随着凝固速度的逐渐增大,镁锰基合金的力学性能均逐渐增强。对Mg-1.5Mn合金而言,铸态合金的抗拉强度为73MPa,定向凝固后最大抗拉强度达到187MPa,提高了156%;对Mg-1.5Mn-Al合金而言,铸态合金的抗拉强度为87MPa,定向凝固后最大抗拉强度为193MPa,提高了124%;对Mg-1.5Mn-Y合金而言,铸态合金的抗拉强度为90MPa,伸长率为7.53%,定向凝固后最大抗拉强度达到205MPa,最大伸长率为11.97%,分别提高了127%和59%。在相同的定向凝固参数下,Mg-1.5Mn-Al和Mg-1.5Mn-Y的柱状晶的平均宽度都比Mg-1.5Mn合金的窄,且Mg-1.5Mn-Y最窄,Al和Y均能提高Mg-1.5Mn合金定向凝固后的力学性能,而且Y在此方面更具有优势。
【关键词】：镁锰基合金 定向凝固 显微组织 力学性能 稀土Y
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG292
【目录】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 概述9-11
• 1.1.1 镁的基本性质9
• 1.1.2 镁合金分类9
• 1.1.3 镁合金的应用和研究现状9-11
• 1.1.4 镁锰合金的发展与研究现状11
• 1.2 稀土在镁合金中的应用11-15
• 1.2.1 稀土元素的性质11
• 1.2.2 稀土镁合金的发展状况11-12
• 1.2.3 稀土在镁合金中的作用12-14
• 1.2.4 稀土元素钇（Y）在镁合金中的应用14-15
• 1.3 Al在镁合金中的应用15
• 1.4 定向凝固的发展和研究现状15-19
• 1.4.1 定向凝固技术的基本原理15-16
• 1.4.2 定向凝固技术的现状和研究进展16-19
• 1.4.3 镁合金定向凝固的研究现状19
• 1.5 选题的意义与研究内容19-23
• 第二章 实验思路及方案总体设计23-31
• 2.1 实验思路23-24
• 2.1.1 研究方案及思路流程图23
• 2.1.2 合金成分的选取23-24
• 2.2 实验设备24-25
• 2.3 实验方案25-30
• 2.3.1 材料的准备25-26
• 2.3.2 合金的熔制26-29
• 2.3.3 实验参数的确定29-30
• 2.4 试样的后期处理和分析30-31
• 第三章 Mg-1.5Mn-Y合金定向凝固分析31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 Mg-1.5Mn-Y合金的平衡凝固过程分析31-32
• 3.3 Mg-1.5Mn-Y合金显微组织分析32-35
• 3.4 凝固速度对Mg-1.5Mn-Y合金显微组织的影响35-37
• 3.5 温度梯度对Mg-1.5Mn-Y合金显微组织的影响37-38
• 3.6 Mg-1.5Mn-Y合金界面稳定性分析38-40
• 3.7 定向凝固后Mg-1.5Mn-Y合金的相组成分析40-41
• 3.8 本章小结41-43
• 第四章 凝固速度对镁锰基合金组织和性能的影响43-59
• 4.1 凝固速度对镁锰合金基定向凝固组织的影响43-47
• 4.2 凝固速度对镁锰基合金力学性能的影响47-54
• 4.3 Al和Y对Mg-1.5Mn合金组织和性能的影响对比54-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 结论59-61
• 参考文献61-67
• 致谢67-69
• 攻读学位期间发表的学术论文69-70

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本文编号：817178