凝固速度和热处理对Mg-Zn-Nd准晶合金组织演变的影响

发布时间：2017-09-15 00:19

  本文关键词：凝固速度和热处理对Mg-Zn-Nd准晶合金组织演变的影响

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【摘要】：自上世纪八十年代准晶首次在Al-Mn体系中被发现以来,就成为材料科学研究领域的新宠,受到了材料研究工作者的极大关注。经过几十年的不懈努力,诸多其它体系的准晶继而被一一发现。镁系准晶因其独特的结构类型成为材料界近年来研究的一大热点。镁系准晶具有高硬度、低表面能、耐热性和耐腐蚀性等优点,而且能与镁基体产生较强的界面结合力,所以被广泛用作镁合金的强化相。Mg-Zn-Nd二十面体球形准晶作为一种新型的镁系准晶,它的发现为准晶增强的高性能镁合金的开发和研究开辟了一条新的思路。Mg-Zn-Nd二十面体球形准晶属热力学较稳定的三维准晶,目前对于它的详细报道很少,各方面的研究仍处于起步阶段,尤其是不同的凝固速度和不同的热处理工艺制度对Mg-Zn-Nd球形准晶组织演变的影响规律缺乏系统的研究。因此,本文以Mg-Zn-Nd球形准晶的制备入手,从凝固速度和热处理两个方面对Mg-Zn-Nd球形准晶组织演变规律进行系统的探究,这对于二十面体球形准晶的理论和应用都具有十分重要的意义。本文分别通过普通铸造凝固和快速凝固技术制备Mg-Zn-Nd准晶合金并对其进行热处理。采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)、差热分析(DSC)、透射电镜(TEM)等测试手段,综合分析不同成分合金的微观组织;探讨Mg-Zn-Nd准晶合金中球形准晶相的形成机制;讨论不同凝固条件和凝固速度对Mg-Zn-Nd准晶合金的微观组织、凝固路径、凝固特性,以及对球形准晶相的微观形貌、数量和成分的影响;研究不同的热处理制度对Mg-Zn-Nd准晶合金的微观组织和相转变的影响,以及对球形准晶相的形貌、成分的影响,进一步探究Mg-Zn-Nd球形准晶的热力学稳定性。结果表明:Mg-Zn-Nd准晶能够通过普通铸造凝固和快速凝固等方法获得。不同的凝固速度下,准晶I相均可直接从过冷熔体中析出。通过普通铸造凝固制备的合金中,Nd元素的含量和Mg/Zn的原子比值对合金的微观组织有较大影响。当合金中Mg/Zn的原子比值保持在2.5~2.6之间,Nd的原子百分含量为1.2%时,合金微观组织中的球形准晶相数量最多且均匀的分布在Mg7Zn3基体相中,合金中不含有其它的相。二十面体球形准晶相的形成同样遵循形核和长大的规律,最终形貌是在形成过程中受到Nd元素的吸附作用,生长界面形式和界面稳定性等因素共同作用的结果。通过普通铸造方法制备的不同凝固条件的Mg-Zn-Nd准晶合金块体,其微观组织、凝固特性以及组织中准晶I相的微观形貌都有所不同。在此实验中,合金的浇注模具不同其凝固速度也不同。铜模的凝固速度最大,其合金中所含的球形准晶数量最多、尺寸最小、圆整度最高;随着浇注模具的不同,凝固速度减小,合金中球形准晶相的数量减少、尺寸增大、微观形态开始发生变异。通过快速凝固方法制备的Mg-Zn-Nd准晶合金薄带,随着转速的提高,凝固速度的增大,合金组织中单位面积所含准晶相数量不断增多,尺寸逐渐减小。当转速大于等于800转/分时,组织中的Mg-Zn-Nd准晶颗粒形成了大量的微晶。Mg-Zn-Nd准晶合金在300℃条件下经50h热处理后,球形I相都能稳定存在并未发生变化,且铸态合金中的Mg7Zn3基体相分解成MgZn相和α-Mg相的混合组织,其中还有少量的MgZn2相存在。说明球形I相在300℃时有良好的热力学稳定性,不会发生分解或熔化。而Mg-Zn-Nd准晶合金在350℃条件下经30 h热处理后,合金组织发生明显变化,球形I相发生熔解现象,有的形态很不完整,有的已经熔解殆尽。350℃-30h热处理后合金组织中的其它相也是MgZn相和黑色的α-Mg相的混合组织,同时存在少量的MgZn2相。说明球形I相在350℃时热力学不稳定,不能稳定的存在。
【关键词】：Mg-Zn-Nd球形准晶 形成机制 凝固速度 凝固特性 热处理
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22;TG166.4
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 镁及镁合金12-15
• 1.1.1 研究背景12-13
• 1.1.2 镁合金的特点13-14
• 1.1.3 镁合金的强化机制14-15
• 1.2 准晶15-18
• 1.2.1 准晶的发现15
• 1.2.2 准晶材料的制备方法15-16
• 1.2.3 准晶的性能特点16-17
• 1.2.4 准晶的应用17-18
• 1.3 镁系准晶18-20
• 1.3.1 镁系准晶的分类、结构及特征18-20
• 1.3.2 Mg-Zn-Nd准晶合金20
• 1.4 Mg-Zn-Nd准晶与合金熔体凝固20-21
• 1.5 Mg-Zn-Nd准晶与快速凝固形核理论21-23
• 1.6 研究内容与意义23-26
• 1.6.1 研究内容23-24
• 1.6.2 研究意义24-26
• 第二章 实验方案设计与研究方法26-32
• 2.1 试验工艺流程26-27
• 2.2 试验原料及设备27
• 2.3 试验过程27-29
• 2.4 分析和性能测试方法29-32
• 第三章 Mg-Zn-Nd准晶合金的微观组织分析32-52
• 3.1 合金成分设计32-33
• 3.2 Mg-Zn-Nd准晶合金的铸态显微组织33-45
• 3.2.1 不同Nd含量对Mg-Zn-Nd准晶合金微观组织变化的影响33-34
• 3.2.2 不同Mg/Zn原子比对Mg-Zn-Nd准晶合金微观组织变化的影响34-36
• 3.2.3 Mg-Zn-Nd准晶合金中主要相的分析36-45
• 3.3 Mg-Zn-Nd准晶合金的结构分析45-46
• 3.4 球形准晶相的形成机制46-51
• 3.4.1 影响球形准晶最终生长形貌的因素46-50
• 3.4.2 球形Mg-Zn-Nd二十面体准晶的形核50-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第四章 Mg-Zn-Nd准晶合金的凝固行为与热稳定性52-74
• 4.1 引言52
• 4.2 普通铸造凝固的Mg-Zn-Nd准晶合金微观组织与凝固特性的研究52-60
• 4.2.1 不同凝固条件的Mg-Zn-Nd准晶合金微观组织分析52-57
• 4.2.2 不同凝固条件的Mg-Zn-Nd准晶合金凝固特性分析57-60
• 4.3 快速凝固Mg-Zn-Nd准晶合金微观组织与凝固特性的研究60-67
• 4.3.1 快速凝固Mg-Zn-Nd准晶合金微观组织分析61-65
• 4.3.2 快速凝固Mg-Zn-Nd准晶合金凝固特性分析65-67
• 4.4 热处理对Mg-Zn-Nd准晶合金的影响67-71
• 4.4.1 Mg-Zn-Nd准晶合金热处理工艺参数67-68
• 4.4.2 铸态Mg-Zn-Nd准晶合金热处理后的微观组织68-71
• 4.5 本章小结71-74
• 第五章 结论74-76
• 参考文献76-84
• 致谢84-86
• 附录86

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