稀土和含碳变质剂质处理Mg-Al系合金组织及机理的研究

论文摘要

为了改善镁-铝系合金的凝固组织,提高其力学性能,给镁-铝系合金的强韧化研究提供参考依据,本文以Mg-9%Al镁合金为研究对象,研究了不同种类变质剂（稀土变质剂、含碳变质剂）对镁-铝系合金的凝固组织的细化作用及变质机理。采用光学显微镜、扫描电镜观察显微组织；采用能谱仪分析各组成相及微区的成分；采用x射线衍射仪分析相组成。研究结果表明：在Mg-9%Al合金中加入稀土元素Nd和Ce进行变质处理,合金的a-Mg树枝晶粒得到细化,p-Mg17A112相变得分散细小,组织中出现了稀土化合物新相。在稀土Nd、Ce加入量分别为0.6%时,变质效果最好。结晶过程中稀土元素富集于固／液界面前沿,造成界面处的液相成分过冷,稀土元素与A1生成高熔点化合物A1xRE相,对α晶粒的生长起到机械阻碍作用,导致α相晶粒的细化。在Mg-9%Al合金中加入含碳变质剂C2C16和MgCO3进行变质处理,α-Mg晶粒均得到细化,p-Mg17All2相变得分散细小,组织中没有新相产生。在C2C16、MgCO3加入量分别为0.9%时,变质效果最好。计算得出A14C3与Mg在（0001）密排面的晶格错配度为4.05%,根据点阵匹配理论,Al4C3在合金凝固过程中可以作为α-Mg形核的异质形核核心,提高形核率,细化晶粒。在Mg-9%A1合金中复合添加C2C16和稀土Nd进行变质处理,α-Mg晶粒比单独添加C2C16或稀土Nd时细化效果更加显著。p-Mg17All2相变得更加分散细小,组织中有点状和杆状稀土化合物新相生成。在镁合金中复合添加C2C16和稀土Nd变质处理后,其变质效果并不是二者的代数叠加。C2C16的加入从一定程度上减弱了稀土Nd的过冷抑制作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 镁及镁合金的特点
• 1.2 镁合金的晶粒细化
• 1.3 镁合金的变质处理
• 1.3.1 变质处理的作用
• 1.3.2 变质处理的方法
• 1.3.3 镁合金变质细化机理
• 1.4 本课题研究的目的及内容
• 1.4.1 本课题的研究背景及意义
• 1.4.2 课题研究的具体内容
• 2 实验方法
• 2.1 实验合金的成分设计
• 2.1.1 基体合金的选择
• 2.1.2 变质剂的选择
• 2.2 镁合金试样的熔制
• 2.3 试验方案及控制
• 2.3.1 变质处理方案
• 2.3.2 工艺因素的控制
• 2.4 实验分析
• 2.4.1 显微组织分析
• 2.4.2 SEM结合EDS分析
• 2.4.3 XRD分析
• 2.4.4 DSC分析
• 2.4.5 晶粒尺寸及面积分析
• 2.5 实验过程
• 3 稀土元素对Mg-9%Al合金组织的变质细化作用
• 3.1 Mg-9%Al合金的常规凝固组织
• 3.2 稀土元素对Mg-9%Al合金的变质作用
• 3.2.1 稀土Nd对Mg-9%Al合金组织的变质细化
• 3.2.2 稀土Ce对Mg-9%Al合金组织的变质细化
• 3.3 稀土Nd在Mg-9%Al合金中的变质机理
• 3.4 本章小结
• 4 含碳化合物对Mg-9%Al合金的变质细化作用
• 2Cl₆对Mg-9%Al合金组织的变质细化'>4.1 C₂Cl₆对Mg-9%Al合金组织的变质细化
• 3对Mg-9%Al合金铸态组织的变质细化'>4.2 MgCO₃对Mg-9%Al合金铸态组织的变质细化
• 4.3 含碳变质剂细化Mg-Al镁合金晶粒的机制分析
• 4.4 本章小结
• 5 复合变质处理对Mg-9%Al合金的变质细化作用
• 5.1 复合变质对Mg-9%Al合金组织的变质细化
• 5.2 复合变质Mg-9%Al合金机理的讨论
• 5.3 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 在校期间发表的论文