Mg-xGd-Zr合金的制备工艺与组织研究

发布时间：2017-09-27 01:11

  本文关键词：Mg-xGd-Zr合金的制备工艺与组织研究

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【摘要】：目前应用的稀土镁合金多以Gd元素作为主元素,同时添加其他稀土元素,如Y,Nd等。合金中多组元稀土元素的复合添加,忽略了单一Gd元素对合金组织和性能的影响,特别是从凝固的角度研究Gd元素对合金的作用机制。良好的熔炼工艺不仅可以改善稀土镁合金的铸造组织与综合性能,提高稀土元素的利用率,同时还可以降低镁合金的制备成本。由于稀土元素Gd的密度远大于镁的密度,在凝固过程中容易出现宏观偏析,后续加工难以消除,并且稀土镁合金的铸态组织对其后续制备过程起重要作用,因此本文拟以Mg-xGd-Zr稀土镁合金为研究对象,通过改变Gd元素的含量,并对其制备工艺进行优化,获得一种宏观偏析较少,微观偏析可控的Mg-Gd合金的熔炼工艺,揭示Gd元素在纯Mg熔体的扩散机制,为其他种类的稀土元素在镁合金中的熔炼工艺起着借鉴作用。研究了合金制备工艺对凝固组织的影响,结果表明充分搅拌与提高冷却速度有利于获得偏析程度较小的试样,随着熔炼温度升高,凝固组织的晶粒减小,晶粒大小受到冷却速度与组织内的Gd含量二者的综合影响,优化的制备工艺为熔炼温度800℃以上,经过充分搅拌,降温至800℃以下进行铸造,在15℃的冷水中进行淬火凝固。原材料使用的纯Gd在Mg液中是扩散—溶解的模式；Mg-30Gd中间合金是熔化—共晶分解的模式,导致进入到熔体中的初始Gd原子的聚集程度与形成的液态结构均不同。纯Gd在熔体中的初始扩散占据了整个熔炼过程的相当一大部分时间,而中间合金只要经过共晶组织的分解即可完成游离态Gd原子的转变,缩短了整个熔炼过程。研究了Gd含量与热处理对合金组织与力学性能的影响,结果表明在铸态组织中,Gd含量升高使共晶组织析出增多,且合金晶粒逐渐变小,合金呈脆性断裂。经过固溶处理后,分布在晶界上的共晶组织回溶,但是出现了明显的晶粒长大现象,导致合金强度下降,断裂方式呈穿晶断裂。继续进行时效处理后,由于沉淀强化的作用使合金强度升高,合金呈沿晶断裂。合金的抗拉强度,屈服强度,硬度与Gd含量成正比,延伸率与Gd含量呈反比。提出了Gd元素在Mg熔体中的溶解扩散模型。Gd元素在Mg熔体中溶解的过程主要分为三个阶段：原子激活阶段；稳态形成阶段；失稳与新稳态形成阶段。凝固组织中,Gd周围的化合物的分布受温度与Gd浓度的影响。在试样高向,Gd原子的扩散距离极短,Gd与Mg的密度差导致严重的比重偏析。在铸锭水平方向,保温温度越高,扩散至熔体中的Gd元素含量越高,Gd原子的扩散距离也逐渐增大,局部溶质原子的偏聚程度越低,在同等条件下对枝晶生长的抑制作用也有所减弱。
【关键词】：Mg-Gd-Zr稀土镁合金 制备工艺 合金化 力学性能 扩散
【学位授予单位】：北京有色金属研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1. 绪论11-26
• 1.1 稀土镁合金11-15
• 1.1.1 稀土元素及其特点11-14
• 1.1.2 稀土镁合金需要解决的问题14-15
• 1.2 稀土镁合金常用的强化方式15-19
• 1.2.1 固溶强化15
• 1.2.2 细晶强化15-17
• 1.2.3 时效强化17-18
• 1.2.4 弥散强化18-19
• 1.3 Mg-Gd系镁合金与含Zr镁合金的研究现状19-21
• 1.3.1 Mg-Gd系镁合金的研究现状19-20
• 1.3.2 含Zr镁合金的研究现状20-21
• 1.4 镁合金凝固组织中的常见缺陷21-23
• 1.4.1 凝固组织中的疏松和缩孔21-22
• 1.4.2 凝固组织中的偏析22-23
• 1.4.3 凝固组织中的夹杂23
• 1.5 本课题研究的背景及内容23-25
• 1.5.1 选题背景23-24
• 1.5.2 课题研究内容24-25
• 1.5.3 实验研究路线25
• 1.6 本章小结25-26
• 2. 实验材料及研究方法26-33
• 2.1 熔炼工艺对合金凝固组织的影响26-27
• 2.2 合金化方式对合金凝固组织的影响27-28
• 2.3 Gd含量与热处理对合金显微组织和力学性能的影响28-30
• 2.4 Gd元素在Mg熔体中的扩散研究30-31
• 2.5 组织观察及性能测试31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 3. 制备工艺对合金凝固组织的影响33-49
• 3.1 搅拌对合金凝固组织的影响33-34
• 3.2 冷却速度对合金凝固组织的影响34-36
• 3.3 熔炼温度对合金凝固组织的影响36-39
• 3.4 合金化方式对合金凝固组织的影响39-47
• 3.4.1 Mg-30Gd中间合金的微观组织40-41
• 3.4.2 试样凝固组织对比41-47
• 3.5 本章小结47-49
• 4. Gd含量与热处理对合金微观组织与力学性能的影响49-59
• 4.1 显微组织49-53
• 4.2 力学性能53-57
• 4.2.1 Gd含量不同对合金力学性能的影响53-54
• 4.2.2 热处理对合金力学性能的影响54-55
• 4.2.3 断口形貌55-57
• 4.3 讨论57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 5. Gd元素在Mg熔体中的扩散研究59-74
• 5.1 未溶Gd块的形貌及周围组织59-61
• 5.2 扩散过程分析61-67
• 5.3 铸锭内部Gd元素的分布情况67-70
• 5.4 铸态合金中方块相的形成原因分析70-72
• 5.5 本章小结72-74
• 结论74-76
• 参考文献76-80
• 在学期间研究成果80-81
• 致谢81

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1 赵旭;Mg-xGd-Zr合金的制备工艺与组织研究[D];北京有色金属研究总院;2015年

2 郑伟文;Mg-xGd-Zr合金扩散及均匀化研究[D];北京有色金属研究总院;2015年

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本文编号：926789