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镁锂系合金微合金化及外场控制凝固研究

作　者: 姚磊
导　师: 郝海
学　校: 大连理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 镁锂合金 超声场 电磁搅拌 微观组织 力学性能
分类号: TB559
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 67次
引　用: 1次
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内容摘要


镁锂合金被称为超轻镁合金,是最轻的金属结构材料,具有较高的比强度、比刚度,良好的塑性,以及优异的电磁屏蔽性能等优点,在宇航、兵器工业、汽车、电子等领域有着良好的发展前景。随着能源危机以及人们环保意识的增强,对轻质、可回收材料的需求更为迫切,镁锂合金的应用领域也将越来越广泛。本文主要研究了稀土元素Gd、Ce以及超声场、电磁场对镁锂合金凝固组织及其性能的影响,并利用PIV物理模拟技术,模拟了超声场对流场的影响,得到了以下结果：Mg-8Li-3Al合金组织由α和β两相组成,添加稀土元素Gd及元素Ce可以有效地改盖Mg-8Li-3Al合金的凝固组织。添加元素Gd后,在相界处有白色析出相,组织得到细化且相对圆整化；添加元素Ce后,在β相及相界处有Al2Ce相析出,细化了合金的显微组织。PIV对超声作用下流场结构的模拟结果表明,超声作用下,流场内存在左右两个环流状结构,靠近超声工具头前端位置,流场有较大的速度。随着超声振动功率的增加,流场的流速增大,在工具头前端位置速度增大效果比较明显。对不同温度下的Mg-8Li-3Al合金熔体施加超声场。研究表明,在液相线以上稍高温度施加超声场时,可显著改善合金的凝固组织,这说明了压强-过冷机制可能是主要的超声细化机制。超声工具头前端位置有最为细化的凝固组织,随着距超声工具头距离的增大,超声能量发生衰减,作用效果变小,凝固组织细化程度减弱。对Mg-8Li-3Al合金施加不同功率的超声振动。结果表明,当超声作用功率为170W时,能显著改善Mg-8Li-3Al合金的凝固组织,α相形貌从蔷薇状结构转变为细小的近球状结构,并随着超声作用时间的延长细化效果也变得越来越好。经170W超声处理90s后的合金试样,抗腐蚀性能与力学性能都有了明显提高,其中抗拉强度与伸长率分别为184MPa与18.5%,相比不经超声处理的试样,提高了9.5%与45.7%。初步研究了电磁场对Mg-9Li-5Al-Zn合金的影响,结果显示,施加电磁场后,凝固组织中,α相形貌由长条状结构转变为近球状结构,合金的力学性能得到明显提高。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-27
  1.1 引言  9-10
  1.2 Mg-Li系合金  10-14
    1.2.1 Mg-Li合金的基本特性  10-11
    1.2.2 镁锂合金国内外研究进展  11-12
    1.2.3 镁锂合金熔炼工艺  12-14
  1.3 合金元素在镁锂合金中的作用  14-16
  1.4 超声场  16-22
    1.4.1 超声场概述  16-17
    1.4.2 超声场的物理模拟  17-19
    1.4.3 超声处理金属熔体  19-22
  1.5 电磁场  22-26
    1.5.1 电磁搅拌的基本原理  22-23
    1.5.2 电磁搅拌方法分类  23
    1.5.3 电磁搅拌对凝固组织的影响  23-25
    1.5.4 电磁搅拌技术的应用  25-26
  1.6 本文的研究目的和研究内容  26-27
2 合金化元素对Mg-8Li-3Al合金凝固组织和力学性能的影响  27-37
  2.1 实验方法  27
    2.1.1 实验材料的选取  27
    2.1.2 实验设备和工具  27
    2.1.3 实验步骤  27
  2.2 Gd对Mg-8Li-3Al合金凝固组织的影响  27-33
    2.2.1 铸锭表面质量  27-28
    2.2.2 Gd对Mg-8Li-3Al合金凝固组织的影响  28-33
  2.3 Ce对Mg-8Li-3Al合金凝固组织的影响  33-36
  2.4 本章小结  36-37
3 超声场的PIV物理模拟  37-48
  3.1 PIV技术简述  37-38
  3.2 PIV技术的测量原理  38-39
  3.3 PIV系统组成  39-41
    3.3.1 PIV硬件系统  39-40
    3.3.2 PIV软件系统  40-41
  3.4 实验装置及实验过程  41-43
  3.5 实验结果与分析  43-47
  3.6 本章小结  47-48
4 超声场对镁锂合金凝固组织及性能的影响  48-61
  4.1 实验方法  48
  4.2 超声处理温度对合金凝固组织的影响  48-51
  4.3 超声处理后试样不同位置的凝固组织分析  51-52
  4.4 超声功率对合金凝固组织的影响  52-55
  4.5 超声处理时间对合金凝固组织的影响  55-56
  4.6 超声处理后冷却速度对合金凝固组织的影响  56-57
  4.7 超声处理对合金力学性能的影响  57-58
  4.8 超声处理对合金腐蚀性能的影响  58-60
  4.9 本章小结  60-61
5 电磁搅拌对Mg-Li-Al-Zn合金凝固组织和力学性能的影响  61-68
  5.1 实验方法  61
  5.2 电磁搅拌对合金凝固组织的影响  61-65
  5.3 电磁搅拌对合金力学性能的影响  65-67
  5.4 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-73
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  73-74
致谢  74-76

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 声学工程 > 超声工程 > 超声的应用
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