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定向凝固AZ91镁合金工艺与组织研究

作　者: 赵彦民
导　师: 李秋书
学　校: 太原科技大学
专　业: 材料加工
关键词: AZ91镁合金定向凝固工艺温度
分类号: TG111.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 2次
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内容摘要

镁合金是工业应用中最轻的结构金属,纯镁的密度为1.74g/cm-3,是铝的2/3,钢的1/4,具有比强度比刚度高、导热导电性能好、阻尼减震、电磁屏蔽、易加工成形和容易回收等优点。广泛的应用于航空航天、交通运输、民用建筑等行业。而定向凝固技术是指在凝固过程中采用强制冷却手段,在凝固相和未凝固熔体中建立特定方向的温度梯度,使熔体形核后,凝固沿着与热流相反方向进行。由定向凝固技术制备的定向组织、甚至单晶材料具有优良的抗热冲击性能、较长的疲劳寿命、较高的蠕变抗力和中温塑性。定性凝固技术不仅仅应用于航空发动机和燃气轮机零部件制造,还广泛的应用于人工晶体、自生复合材料、磁性材料、泡沫材料等的制备领域。本论文中以应用最为广泛的铸造镁合金AZ91为实验合金,对AZ91镁合金定向凝固工艺进行了研究,优化了定向凝固镁合金AZ91工艺过程,落实辅助材料和设备的改进,能够顺利的制备出研究用的合格定向凝固镁合金棒料。利用光学显微镜、场发射扫描电镜、拉伸试验等多种分析及测试方法,系统地研究了定向凝固过程中固、液界面前沿液相中的温度梯度GL和固/液界面向前推进速度R对组织影响。总结了AZ91镁合金的组织与凝固速度之间的关系。研究结果表明,AZ91镁合金能够在非真空条件下进行定向凝固,通过改进设备提高了定向凝固过程的温度梯度,减少AZ91镁合金棒料中的夹杂和气孔等缺陷。对于定向凝固镁合金组织,不同的温度梯度和不同的抽拉速度对AZ91镁合金的生长方式与组织形态有明显的影响。在较低的温度梯度和较小的抽拉速度时,AZ91镁合金的生长方式以平面的方式进行;随着温度梯度增大和抽拉速度不变,平面生长方式失稳转变为胞状的生长方式;当温度梯度和抽拉速度都达到一定值时,AZ91镁合金的生长方式由胞晶转变为枝晶生长;进一步增大温度梯度和抽拉速度,枝晶生长方式又将转变为细胞状生长;当温度梯度足够高和抽拉速度足够大时,生长方式又会转变为平面生长。而镁合金的组织由均匀弥散的α相(Mg17Al12)分布,转变有趋向性的α相分布,再到粗胞状-枝晶-细胞状,随着温度梯度和抽拉速度的提高,组织为无成分扩散的网状组织。温度梯度和抽拉速度对AZ91镁合金的组织形态有着重要影响,通过调节不同的温度梯度和抽拉速度可以人为的控制AZ91镁合金的生长方式以及凝固组织。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-39
  1.1 镁及镁合金  10-20
    1.1.1 纯镁的性能  10-12
    1.1.2 镁合金的特点  12-13
    1.1.3 镁合金的工业应用  13-20
  1.2 定向凝固技术  20-26
    1.2.1 传统定向凝固技术  20-23
    1.2.2 定向凝固技术的发展  23-26
  1.3 定向凝固基础  26-38
    1.3.1 定向凝固理论基础  27-31
    1.3.2 定向凝固界面形态演化  31-34
    1.3.3 定向凝固过程中的温度梯度和生长速率控制  34-38
  1.5 本课题的提出依据及研究内容  38-39
第二章实验过程以及研究方法  39-45
  2.1 实验材料  39-41
  2.2 实验设备  41-42
  2.3 定向凝固前的准备  42
  2.4 定向凝固工艺  42-44
    2.4.1 工艺A  42-43
    2.4.2 工艺B  43-44
  2.5 分析与测试  44-45
    2.5.1 力学性能测试  44
    2.5.2 金相测试  44-45
第三章结果与讨论  45-63
  3.1 定向凝固工艺讨论  45-54
    3.1.1 母合金试样制备  45
    3.1.2 定向凝固加热工艺  45
    3.1.3 加热器  45-47
    3.1.4 温度控制系统  47
    3.1.5 温度场的测量  47-49
    3.1.6 温度梯度计算  49
    3.1.7 镁与液态金属的反应  49
    3.1.8 热量的导入与导出分析  49-50
    3.1.9 固液界面位置  50-51
    3.1.10 固液界面形状  51-52
    3.1.11 温度场模拟  52-54
  3.2 定向凝固组织讨论  54-61
    3.2.1 镁合金与铸型的反应  54-55
    3.2.2 定向凝固工艺对组织的影响  55-57
    3.2.3 定向凝固组织生长方式  57-59
    3.2.4 定向凝固晶界  59
    3.2.5 定向凝固镁合金裂纹  59-61
  3.3 力学性能与断口分析  61-63
第四章结论  63-64
参考文献  64-68
攻读学位期间发表的学术论文目录  68-70
致谢  70-71

定向凝固AZ91镁合金工艺与组织研究

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