Mg-Sm-χCa合金定向凝固行为研究

发布时间：2017-10-02 00:06

  本文关键词：Mg-Sm-χCa合金定向凝固行为研究

  更多相关文章： 镁合金 定向凝固 显微组织 力学性能

【摘要】：镁合金由于其密度低、高的比强度被广泛应用于汽车、航空航天等领域,但是由于镁合金的强度低,尤其是高温性能差极大地限制了镁合金的广泛应用。镁合金的塑性成形能力低、强度差与它的晶体结构为密排六方结构、滑移系少、晶粒取向等是分不开的,因此要想改善并提高镁合金的使用性能,对镁合金晶粒取向的有效控制以及改善其显微组织有望成为一种有效的方法。定向凝固技术做为一种新型的制备加工技术,能够获得特定取向的柱状晶组织,消除横向晶界,提高材料的纵向力学性能。本文以Mg-4Sm二元合金为基础,加入不同的Ca(0%,0.5%,1.0%)含量制备了定向凝固试棒,随后对其在不同的生长速度(25μm/s,50μm/s,100μm/s,200μm/s,1000μm/s)和不同的温度梯度(7K/mm,10K/mm,13K/mm)进行了系统的定向凝固试验。采用金相显微镜、扫描电镜等手段对其合金微观组织、断口形貌等进行了研究。分析合金中相的种类、分布以及生长速度、温度梯度对固液界面形态、显微组织、断口形貌、力学性能的影响。获得了以下研究发现:Mg-4Sm合金室温组织有α-Mg相和Mg41Sm5相组成,加入钙后有Mg2Ca相生成。铸态下组织中含有大量的树枝晶,经过定向凝固后组织转变为柱状晶,对断口进行扫描发现铸态下的合金断裂形式皆为脆性断裂。经过定向凝固后韧性断裂倾向增加,当生长速度为50μm/s时,韧性断裂所占的比例最大;随着生长速度的增加,晶粒尺寸逐渐减小,达到50μm/s时最细,横断面组织接近等轴晶,超过50μm/s这种趋势逐渐减小,另一方面生长速度的增加也增加了柱状晶的不连续性,不均匀性,生长速度越大,不连续性就越明显,甚至出现了胞状树枝晶。同一生长速度下,温度梯度越高柱状晶的均匀稳定性及方向性越好。同一温度梯度下,随着生长速度的增加,抗拉强度逐渐增加,生长速度为50μm/s时达到最大值171MPa,相比于铸态下提高87.9%。在定向凝固过程中,Sm,Ca原子主要向柱状晶生长前方移动生成第二相,促进新晶核形核阻碍原先晶粒的生长,增加了柱状晶的不连续性,并且Ca含量越多这种不连续性越明显。此外,在定向凝固下随着钙含量的增加,组织得到一定程度的细化,力学性能也得到提高,但是当Ca含量超过0.5%时,拉伸性能开始降低,这是由于高钙的强成分过冷作用增加了柱状晶的不连续性。
【关键词】：镁合金 定向凝固 显微组织 力学性能
【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】：TG146.22
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 课题背景及研究目的和意义9-13
• 1.2 耐热镁合金的研究现状及进展13-16
• 1.2.1 提高镁合金耐热性的方法及其机理13-14
• 1.2.2 含稀土耐热镁合金14
• 1.2.3 含Ca的常用镁合金系14-16
• 1.3 定向凝固技术16-24
• 1.3.1 凝固理论的发展历程16-17
• 1.3.2 定向凝固在材料制备中的作用17-18
• 1.3.3 定向凝固方法18-24
• 1.4 本文的主要研究内容24-25
• 第二章 实验材料及实验方法25-33
• 2.1 实验方案25-26
• 2.1.1 工艺路线25-26
• 2.1.2 合金成分设计26
• 2.2 实验设备26-27
• 2.2.1 熔炼设备26
• 2.2.2 定向凝固设备26-27
• 2.3 定向凝固试样棒的制备27-33
• 2.3.1 感应线圈的准备28-29
• 2.3.2 防护涂料的选择及使用29
• 2.3.3 熔剂的选择29-30
• 2.3.4 铸型的选择及改进30-31
• 2.3.5 定向凝固试样棒的熔铸31-33
• 第三章 定向凝固实验33-39
• 3.1 Bridgman型定向凝固基本理论33-35
• 3.1.1 热流分析33-34
• 3.1.2 成分过冷分析34-35
• 3.1.3 定向凝固中各个区的组织特点35
• 3.2 定向凝固重要工艺参数35-36
• 3.2.1 温度梯度GL的测定35-36
• 3.2.2 生长速率的设定36
• 3.3 定向凝固实验过程36-37
• 3.4 试样的金相处理及检测分析37-39
• 第四章 定向凝固对Mg-4Sm-χCa合金微观组织的影响39-57
• 4.1 相图及相的形成路线39-40
• 4.2 物相分析40-42
• 4.3 Ca含量对铸态Mg-4Sm-χCa合金组织的影响42-43
• 4.4 生长速度对固液界面的影响43-45
• 4.5 生长速度对Mg-4Sm合金凝固组织的影响45-46
• 4.6 生长速度对Mg-4Sm-0.5Ca合金凝固组织的影响46
• 4.7 生长速度对Mg-4Sm-1.0Ca合金凝固组织的影响46-47
• 4.8 温度梯度对Mg-4Sm-χCa合金凝固组织的影响47-53
• 4.9 Sm,Ca原子在合金定向凝固过程中的移动分析53-55
• 4.10本章小结55-57
• 第五章 定向凝固对Mg-4Sm-χCa合金力学性能的影响57-63
• 5.1 Ca含量对合金力学性能的影响57-58
• 5.2 生长速度对力学性能的影响58-61
• 5.2.1 生长速度对拉伸性能的影响58-59
• 5.2.2 不同生长速度下断.形貌的分析59-61
• 5.3 小结61-63
• 第六章 结论63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-71
• 攻读学位期间发表的学术论文目录71-72

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本文编号：956404