合金化及物理场对AZ91镁合金凝固组织和力学性能的影响

发布时间：2017-09-26 16:08

  本文关键词：合金化及物理场对AZ91镁合金凝固组织和力学性能的影响

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【摘要】：镁合金是一种新型的结构材料,具有密度小,比强度高等优点,被誉为“21世纪绿色工程材料”。AZ91镁合金具有良好的铸造性能和较高的屈服强度,是目前应用最为广泛的铸造镁合金。合金化和物理场可以有效的细化镁合金的凝固组织,提高合金的综合力学性能。为进一步提高AZ91镁合金的综合力学性能,本文首先研究了微量元素Sr和Ca对AZ91镁合金凝固组织和力学性能的影响,在此基础上探究了脉冲磁场、超声处理及机械振动对AZ91-0.4Ca镁合金凝固组织和力学性能的影响。研究结果表明:1)在AZ91镁合金中分别加入微量的Sr和Ca,可以改变合金的凝固组织,初生相均有所粗化。随Sr添加量的增加,第二相由细化到粗化再细化;当Sr添加量为0.05%时,第二相细化效果最好。随Ca的添加量的增加,第二相先细化后粗化;当Ca添加量为0.4%时,第二相最细小。当Sr加入量为0.1%和0.2%,Ca加入量为0.5%时,合金中发现新相Al4Sr相和Al2Ca相。当加入0.4%的Ca时,合金的综合力学性能最高,与未处理试样相比,其抗拉强度和伸长率分别提高了51%和691%。2)脉冲磁场、超声波及机械振动作用下,AZ91-0.4Ca镁合金的凝固组织显著细化,晶粒尺寸减小,第二相体积分数有所减少,力学性能提高;AZ91-0.4Ca镁合金的初生相由发达的树枝晶变成蔷薇状晶体,其抗压强度变化与凝固组织的变化基本一致。3)脉冲磁场作用下,合金的第二相由条状或块状变成细小的点状和球状。当脉冲电压在0~300V,浇注温度在640~730℃,模具预热温度在200~600℃范围内,随着脉冲电压、浇注温度的升高或模具预热温度的降低,AZ91-0.4Ca镁合金的凝固组织逐渐细化。当脉冲频率为1~10Hz时,随着脉冲频率的增加,合金中的凝固组织先细化后粗化;当脉冲频率为5Hz时,合金组织细化效果最好。脉冲磁场处理后,AZ91-0.4Ca镁合金的抗压强度最高达到365MPa,较未处理时提高了11.7%。正交实验表明,脉冲电压300V,脉冲频率5Hz,浇注温度720℃,模具预热温度200℃是脉冲磁场处理较为理想的工艺参数。4)当超声功率在0~900W,作用时间在0~120s,浇注温度在640~720℃时,随着超声功率的增大,作用时间的增长或浇注温度的降低,AZ91-0.4Ca镁合金的凝固组织逐渐细化。超声处理后,合金的抗压强度最高为360MPa,较未施加超声处理时提高了8.5%。超声处理的最佳优化方案为:超声功率800W,超声作用时间120s,浇注温度选择640℃。5)当振幅电压在0~300V,振动频率在0~75Hz,浇注温度在640~730℃,模具预热温度在200~600℃,随着振幅电压、振动频率、浇注温度或模具预热温度的增大,AZ91-0.4Ca镁合金的凝固组织逐渐细化。机械振动作用下,合金的抗压强度最高达到365.67MPa,较未处理试样,提高了68.8%。机械振动最佳优化方案为振幅电压为300V,振动频率为75Hz,浇注温度为730℃,模具预热温度为600℃。
【关键词】：AZ91镁合金 合金化 脉冲磁场 超声处理 机械振动 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】：2016
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 镁合金的特点及应用10
• 1.2 镁合金的分类10-11
• 1.3 镁合金的晶粒细化方法11-12
• 1.3.1 液态处理法11-12
• 1.3.2 半固态成形细化组织12
• 1.3.3 固态变形处理12
• 1.3.4 快速凝固工艺12
• 1.4 Sr、Ca合金化对镁合金凝固组织的影响12-14
• 1.4.1 Sr、Ca对镁合金凝固组织影响的作用机制12-13
• 1.4.2 Sr、Ca对镁合金凝固组织影响的研究现状13-14
• 1.5 脉冲磁场对金属凝固组织的影响14-15
• 1.5.1 脉冲磁场对金属凝固组织的作用机制14-15
• 1.5.2 脉冲磁场对金属凝固组织影响的研究现状15
• 1.6 超声处理对金属凝固组织的影响15-17
• 1.6.1 超声处理对金属凝固组织的作用机制16
• 1.6.2 超声处理对金属凝固组织影响的研究现状16-17
• 1.7 机械振动对金属凝固组织的影响17-18
• 1.7.1 机械振动对金属凝固组织的作用机制17
• 1.7.2 机械振动对金属凝固组织影响的研究现状17-18
• 1.8 本论文研究的目的和意义18-19
• 第2章 实验方案与方法19-27
• 2.1 实验材料19
• 2.2 实验设备19-21
• 2.3 实验总体流程与实验研究方案21-25
• 2.3.1 总体流程21-22
• 2.3.2 研究方案22-25
• 2.4 测试方法25-27
• 2.4.1 组织观察25
• 2.4.2 EDS分析25
• 2.4.3 X射线衍射(XRD)分析和差热分析(DSC)25-26
• 2.4.4 合金拉伸性能测试及断口分析26-27
• 第3章 Sr和Ca对AZ91镁合金凝固组织和力学性能的影响27-40
• 3.1 Sr对AZ91镁合金凝固组织和力学性能的影响27-32
• 3.1.1 Sr对AZ91镁合金凝固组织的影响27-31
• 3.1.2 Sr对AZ91镁合金力学性能的影响31-32
• 3.2 Ca对AZ91镁合金凝固组织和力学性能的影响32-37
• 3.2.1 Ca对AZ91镁合金凝固组织的影响32-36
• 3.2.2 Ca对AZ91镁合金力学性能的影响36-37
• 3.3 分析与讨论37-39
• 3.3.1 Sr、Ca对AZ91镁合金凝固组织的影响37-38
• 3.3.2 Sr、Ca对AZ91镁合金力学性能的影响38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 脉冲磁场对AZ91-0.4Ca镁合金凝固组织和力学性能的影响40-62
• 4.1 脉冲磁场对AZ91-0.4Ca镁合金凝固组织的影响40-52
• 4.1.1 脉冲电压对AZ91-0.4Ca镁合金凝固组织的影响40-42
• 4.1.2 脉冲频率对AZ91-0.4Ca镁合金凝固组织的影响42-45
• 4.1.3 浇注温度对AZ91-0.4Ca镁合金凝固组织的影响45-48
• 4.1.4 模具预热温度对AZ91-0.4Ca镁合金凝固组织的影响48-52
• 4.2 脉冲磁场对AZ91-0.4Ca镁合金力学性能的影响52-54
• 4.3 分析与讨论54-56
• 4.3.1 脉冲磁场作用下AZ91-0.4Ca合金的细化机制54-55
• 4.3.2 脉冲磁场对AZ91-0.4Ca合金凝固组织的影响55-56
• 4.3.3 脉冲磁场对AZ91-0.4Ca合金力学性能的影响56
• 4.4 工艺参数的正交优化56-61
• 4.4.1 正交实验设计56-57
• 4.4.2 正交实验结果57-60
• 4.4.3 正交实验数据的处理60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第5章 超声处理对AZ91-0.4Ca镁合金凝固组织和力学性能的影响62-79
• 5.1 超声处理对AZ91-0.4Ca镁合金凝固组织的影响62-70
• 5.1.1 超声功率对AZ91-0.4Ca镁合金凝固组织的影响62-64
• 5.1.2 超声作用时间对AZ91-0.4Ca镁合金凝固组织的影响64-66
• 5.1.3 浇注温度对AZ91-0.4Ca镁合金凝固组织的影响66-70
• 5.2 超声处理对AZ91-0.4Ca镁合金力学性能的影响70-71
• 5.3 分析与讨论71-73
• 5.3.1 超声处理作用下AZ91-0.4Ca合金凝固组织的细化机制71-72
• 5.3.2 超声处理对AZ91-0.4Ca合金凝固组织的影响72-73
• 5.3.3 超声处理对AZ91-0.4Ca合金力学性能的影响73
• 5.4 工艺参数的正交优化73-78
• 5.4.1 正交实验设计73-74
• 5.4.2 正交实验结果74-77
• 5.4.3 正交实验数据的处理77-78
• 5.5 本章小结78-79
• 第6章 机械振动对AZ91-0.4Ca镁合金凝固组织和力学性能的影响79-98
• 6.1 机械振动对AZ91-0.4Ca镁合金凝固组织的影响79-88
• 6.1.1 振幅电压对AZ91-0.4Ca镁合金凝固组织的影响79-81
• 6.1.2 振动频率对AZ91-0.4Ca镁合金凝固组织的影响81-84
• 6.1.3 浇注温度对AZ91-0.4Ca镁合金凝固组织的影响84-86
• 6.1.4 模具预热温度对AZ91-0.4Ca镁合金凝固组织的影响86-88
• 6.2 机械振动对AZ91-0.4Ca镁合金力学性能的影响88-90
• 6.3 分析与讨论90-92
• 6.3.1 机械振动作用下AZ91-0.4Ca合金的细化机制90-91
• 6.3.2 机械振动对AZ91-0.4Ca合金凝固组织的影响91-92
• 6.3.3 机械振动对AZ91-0.4Ca合金力学性能的影响92
• 6.4 工艺参数的正交优化92-96
• 6.4.1 正交实验设计92
• 6.4.2 正交实验结果92-95
• 6.4.3 正交实验数据的处理95-96
• 6.5 本章小结96-98
• 第7章 结论98-100
• 参考文献100-105
• 发表论文和参加科研情况说明105-106
• 致谢106-107

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