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Mg-Gd-Y-Zr合金的热裂和流动性研究

作　者: 黄玉光
导　师: 吴国华
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料学
关键词: 热裂倾向性 流动性 约束热裂棒法 热裂环法 热裂测试系统
分类号: TG131
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


针对高强耐热Mg-Gd-Y-Zr合金易产生热裂倾向及流动性差的问题,采用约束热裂棒法,热裂环法、热裂测试系统以及流动性试样,系统研究了不同精炼剂、浇注温度及合金元素对该合金热裂及流动行为的影响,并探讨了Mg-10Gd-3Y-Zr合金的热裂机理。主要成果如下:Mg-10Gd-3Y-Zr合金的凝固后期,由于共晶反应导致出现“冲击收缩”和相应的“冲击应力”,而“冲击应力”的出现是Mg-10Gd-3Y-Zr合金热裂产生的直接诱发因素。采用约束热裂棒法研究了八种不同精炼剂对Mg-10Gd-3Y-Zr合金热裂倾向性的影响。研究结果表明:JDMJ+5%GdCl3和RJ6+5%GdCl3两种精炼剂能显著降低Mg-10Gd-3Y-Zr合金的热裂倾向性。未经过精炼的Mg-10Gd-3Y-Zr合金约束热裂棒试样热裂因子HCS(Hot Cracking Susceptibility)为8;经过JDMJ+5%YCl3和RJ6+5%GdCl3精炼后,Mg-10Gd-3Y-Zr合金的HCS降低为0,合金的抗热裂性能明显提高。研究发现,Mg-10Gd-3Y-Zr合金的热裂倾向性随着浇注温度的升高而升高。Gd和Y元素的加入增大了合金的热裂倾向性。而随着Zr元素的加入量的增加,热裂倾向性先降低后增加,当Zr含量达到0.2%时,合金热裂倾向性因子HCS为0。采用约束热裂棒法、热裂环法以及热裂测试系统对比研究了Mg-10Gd-3Y-Zr合金与AZ91D的热裂性能,结果表明,上述二种合金的HCS分别为8和32;抗热裂力约分别为340N和40N;临界断裂尺寸分别为53mm和48mm。研究发现,Mg-10Gd-3Y-Zr合金的热裂倾向性低于AZ91D的热裂倾向性。JDMJ+5%GdCl3与RJ-6+5%GdCl3二种精炼剂能显著提高合金的流动性。未精炼情况下,金属型流动性试样长度为780mm;经过JDMJ+5%YCl3熔剂精炼后,合金流动性试样长度增加至1270mm;经过RJ6+5%GdCl3熔剂精炼后,流动性试样长度增加至1113mm。通过分析流动性试样中夹杂物,发现这两种精炼剂能显著降低Mg-10Gd-3Y-Zr合金中夹杂物含量,表明夹杂物含量是影响合金流动性的主要因素之一。在一定温度范围内,Mg-10Gd-3Y-Zr合金的流动性随浇注温度的升高而提高,当浇注温度由690℃至770℃时,流动性试样长度由595 mm增加到995 mm;但浇注温度升高到一定程度后,流动性试样长度增加的幅度越来越小。Gd和Y元素能提高合金的流动性。而随着Zr元素含量的提高,合金的流动性先增加后降低,当Zr含量达到0.2%时,流动性试样长度达到最大值1050mm。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-28
  1.1 镁及镁合金  10-14
    1.1.1 纯镁的性质  10-11
    1.1.2 镁合金的性质及应用  11-13
    1.1.3 稀土镁合金  13-14
  1.2 合金的流动性能  14-17
    1.2.1 合金元素对镁合金流动性的影响  14-16
    1.2.2 浇注温度和模温对合金流动性的影响  16-17
    1.2.3 精炼剂净化对合金流动性的影响  17
  1.3 合金的热裂性能  17-26
    1.3.1 概述  17-18
    1.3.2 热裂产生的温度区间  18
    1.3.3 合金热裂形成机理  18-22
    1.3.4 影响合金热裂性能的因素  22-25
      1.3.4.1 铸造合金性质的影响  22-24
      1.3.4.2 铸型性质的影响  24-25
      1.3.4.3 浇注条件的影响  25
    1.3.5 热裂倾向性的评价方法  25-26
      1.3.5.1 热裂环法  25-26
      1.3.5.2 临界尺寸法  26
  1.4 本论文的研究背景和主要内容  26-28
    1.4.1 研究背景  26-27
    1.4.2 研究主要内容  27-28
第二章 实验过程及分析方法  28-39
  2.1 镁合金的熔炼  28-29
    2.1.1 原料及准备  28
    2.1.2 试验设备  28
    2.1.3 熔炼工艺  28-29
  2.2 热裂倾向性评价方法  29-32
    2.2.1 约束热裂棒法  29-31
    2.2.2 热裂环法  31-32
  2.3 合金流动性测试方法  32
  2.4 镁合金热裂测试系统  32-37
    2.4.1 实验设备  32-33
    2.4.2 ZQS-2000 型双试棒热裂线收缩仪  33-34
    2.4.3 造型材料  34-35
    2.4.4 信号采集和转化模块  35-37
      2.4.4.1 应力信号  35-36
      2.4.4.2 线收缩信号  36-37
      2.4.4.3 计算机  37
      2.4.4.4 MCGS5.5 通用版组态软件  37
      2.4.4.5 热电偶  37
  2.5 微观分析  37-39
    2.5.1 光学显微分析（OM）  37-38
    2.5.2 扫描电子显微镜（SEM）  38
    2.5.3 定量金相分析  38
    2.5.4 相分析  38
    2.5.5 化学成分分析  38-39
第三章 净化及浇注温度对 Mg-10Gd-3Y-Zr 合金热裂与流动性的影响  39-55
  3.1 精炼剂净化对Mg-10Gd-3Y-Zr 合金热裂性能的影响  39-42
    3.1.1 含GdCl_3 精炼剂对Mg-10Gd-3Y-Zr 合金热裂性能的影响  39-41
    3.1.2 含YCl_3 精炼剂对Mg-10Gd-3Y-Zr 合金热裂倾向性的影响  41-42
    3.1.3 含RJ-6 精炼剂对Mg-10Gd-3Y-Zr 合金热裂倾向性的影响  42
  3.2 精炼剂净化对Mg-10Gd-3Y-Zr 合金流动性的影响  42-46
    3.2.1 含GdCl_3 精炼剂对Mg-10Gd-3Y-Zr 合金流动性的影响  42-43
    3.2.2 含YCl_3 精炼剂对Mg-10Gd-3Y-Zr 合金流动性能的影响  43-45
    3.2.3 含RJ-6 精炼剂对Mg-10Gd-3Y-Zr 合流动性的影响  45-46
  3.3 精炼剂净化对Mg-10Gd-3Y-Zr 合金性能和组织的影响分析  46-50
    3.3.1 精炼剂净化对Mg-10Gd-3Y-Zr 合金热裂和流动性的影响分析  46-49
    3.3.2 精炼剂净化对Mg-10Gd-3Y-Zr 合金相组成的影响分析  49
    3.3.3 精炼剂净化对Mg-10Gd-3Y-Zr 合金显微组织的影响分析  49-50
  3.4 浇注温度对合金热裂倾向性和流动性的影响  50-55
    3.4.1 浇注温度对Mg-10Gd-3Y-Zr 合金热裂倾向性的影响  50-51
    3.4.2 浇铸温度对Mg-10Gd-3Y-Zr 合金流动性的影响  51-55
第四章 Gd、Y、Zr 元素对 Mg-Gd-Y-Zr 合金流动性和热裂的影响  55-70
  4.1 Gd、Y 和Zr 元素对Mg-Gd-Y-Zr 合金热裂倾向性的影响  55-59
    4.1.1 Gd 元素对Mg-Gd-Y-Zr 合金热裂倾向性的影响  55-56
    4.1.2 Y 元素对Mg-Gd-Y-Zr 合金热裂倾向性的影响  56-58
    4.1.3 Zr 元素对Mg-Gd-Y-Zr 合金热裂倾向性的影响  58-59
  4.2 Gd、Y 和Zr 元素对Mg-Gd-Y-Zr 合金流动性的影响  59-66
    4.2.1 Gd 元素对Mg-Gd-Y-Zr 合金流动性的影响  59-60
    4.2.2 Y 元素对Mg-Gd-Y-Zr 合金流动性的影响  60-61
    4.2.3 Zr 元素对Mg-Gd-Y-Zr 合金流动性的影响  61-62
    4.2.4 合金元素对Mg-Gd-Y-Zr 合金热裂和流动性的影响分析  62-66
      4.2.4.1 合金合金元素对Mg-Gd-Y-Zr 合金流动性的影响分析  64-65
      4.2.4.2 合金元素对Mg-Gd-Y-Zr 合金热裂倾向性的影响分析  65-66
  4.3 合金元素对Mg-Gd-Y-Zr 合金显微组织的影响  66-69
    4.3.1 合金元素对Mg-Gd-Y-Zr 合金金相组织的影响  66-68
    4.3.2 合金元素对Mg-Gd-Y-Zr 合金相组成的影响  68-69
  4.4 结论  69-70
第五章 Mg-Gd-Y-Zr 合金热裂机理探讨  70-77
  5.1 引言  70
  5.2 Mg-10Gd-3Y-Zr 合金凝固行为分析  70-73
  5.3 Mg-10Gd-3Y-Zr 的热裂倾向性  73-75
    5.3.1 热裂环法  73
    5.3.2 热裂棒法  73-75
  5.4 Mg-10Gd-3Y-Zr 合金热裂形成机理  75-77
第六章 结论  77-79
参考文献  79-83
致谢  83-84
攻读硕士学位期间发表的论文  84-86

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 合金学与各种性质合金 > 合金学理论
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