原位铝基复合材料孕育剂的制备及变质细化铝合金的研究

发布时间：2017-03-31 07:30

  本文关键词：原位铝基复合材料孕育剂的制备及变质细化铝合金的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：铝合金作为一种传统的金属材料具有密度小、导热性好和比强度高等性能优势,因而广泛应用于工业生产和日常生活。孕育处理作为一种高效强化手段可显著提高铝合金的性能,一直是国内外学者研究的热点。本课题利用原位反应法制备了两种不同类型的孕育剂,并对其孕育效果和机理进行了系统的研究。通过熔体反应和快速凝固处理的方法成功制备出含有不同颗粒尺寸的CeB6/Al复合材料孕育剂,并在纯铝中验证了细化增强效果。结果表明,可以通过控制孕育剂中CeB6颗粒的尺寸来调整晶粒细化效果。添加0.4 wt.%的孕育剂,纯铝的晶粒尺寸由无孕育处理的870±25μm细化到150±35μm。此外,经过孕育处理的纯铝,其力学性能包括抗拉强度、屈服强度和显微硬度都得到明显的提升。良好的晶粒细化效果可以归功于CeB6颗粒的晶体结构、尺寸效应和原位自生反应形成的良好界面结合,这些因素对铝的凝固形核过程都至关重要。研究结果证明原位CeB6/Al复合材料孕育剂是一种高效的铝合金孕育剂。另外,基于相同的方法成功制备出Al-5Ti-0.3B-0.2C-0.2Ce复合孕育剂,并在356铝硅合金中验证了细化效果。XRD分析表明,Al-5Ti-0.3B-0.2C-0.2Ce复合孕育剂中含有Al3Ti、TiB2、TiC和Ti2Al20Ce四种增强相,这些颗粒尺寸细小并且在铝合金基体中弥散分布。TiB2和TiC陶瓷相颗粒均起到细化晶粒的作用。稀土元素的添加不仅促进Ti2Al20Ce相生成,还起到了去氢除氧,净化熔体的作用,而且可以使Al3Ti相的形貌发生改变,由针状变成块状,提高了晶粒细化效果。356合金的二次枝晶间距由无孕育处理时的38.12μm减小到20.82μm,使其硬度提高了41.7%,拉伸强度和延伸率分别提高至232 MPa和3.6%。研究结果表明,Al-5Ti-0.3B-0.2C-0.2Ce多元多相复合孕育剂是一种对工业铝硅合金非常有效的孕育剂。
【关键词】：原位自生 快速凝固 孕育剂 晶粒细化 力学性能
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB333
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 铝及铝合金的概述10-12
• 1.1.1 铝的基本性质及应用10-11
• 1.1.2 铝合金的种类及特性11-12
• 1.2 铝合金晶粒细化剂的研究现状12-15
• 1.2.1 细化晶粒的作用及方法12-13
• 1.2.2 铝合金晶粒细化剂的研究13-15
• 1.2.3 细化剂的制备15
• 1.3 本课题研究的意义及主要内容15-18
• 1.3.1 本课题的研究意义15-16
• 1.3.2 本课题的主要内容16-18
• 第二章 实验材料、设备及方案18-26
• 2.1 实验材料19-21
• 2.1.1 基体合金所用材料19
• 2.1.2 CeB_6/Al孕育剂的制备原料19-20
• 2.1.3 Al-Ti-B-C-Ce孕育剂所用材料20
• 2.1.4 熔炼合金使用的覆盖熔剂和精炼剂的化学成分20-21
• 2.1.5 制备纯铝及356合金金相试样所用宏观和微观腐蚀液21
• 2.2 实验设备21-22
• 2.3 实验方法22-26
• 2.3.1 合金的制备方法22-23
• 2.3.2 孕育剂的制备23-24
• 2.3.3 铝合金的孕育细化处理24
• 2.3.4 组织观察与相结构分析24-25
• 2.3.5 力学性能测试25-26
• 第三章 CeB_6/Al孕育剂的制备工艺及组织研究26-34
• 3.1 铸态Al-B-Ce中间合金的制备26-27
• 3.2 原位自生薄带CeB_6/Al孕育剂的制备27-28
• 3.3 原位CeB_6/Al孕育剂的微观组织分析28-33
• 3.3.1 铸态Al-B-Ce中间合金的检测28-31
• 3.3.2 薄带CeB_6/Al孕育剂的检测31-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 CeB_6/Al孕育剂对纯铝的细化效果检测及分析34-48
• 4.1 原位CeB_6/Al孕育剂的细化效果检测34-36
• 4.1.1 检测试验34
• 4.1.2 细化效果检测34-36
• 4.2 孕育剂对纯铝力学性能的影响36-40
• 4.2.1 硬度测试36-37
• 4.2.2 拉伸性能测试37-40
• 4.3 原位CeB_6/Al孕育剂的细化机理分析40-46
• 4.4 本章小结46-48
• 第五章 Al-Ti-B-C-Ce孕育剂的制备工艺及组织研究48-54
• 5.1 铸态Al-Ti-B-C-Ce中间合金的制备48-49
• 5.2 薄带Al-Ti-B-C-Ce孕育剂的制备49
• 5.3 Al-Ti-B-C-Ce孕育剂的微观组织分析49-53
• 5.4 本章小结53-54
• 第六章 Al-Ti-B-C-Ce孕育剂对356合金的细化效果及原理分析54-62
• 6.1 Al-Ti-B-C-Ce孕育剂的细化效果检测54-58
• 6.1.1 检测试验54-57
• 6.1.2 356合金的热处理57-58
• 6.2 Al-Ti-B-C-Ce孕育剂对356合金力学性能的影响58-59
• 6.3 Al-Ti-B-C-Ce孕育剂的细化机理分析59-61
• 6.4 本章小结61-62
• 第七章 结论62-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果68-70
• 致谢70-71

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