镁合金碳质法细化工艺及机理研究

论文摘要

镁合金具有质量轻、比强度和比刚度高等优点,在航空、汽车、家电等行业有很广阔的应用前景。目前尚存在的问题是,镁合金的塑性、高温强度等力学性能和耐腐蚀性等尚不能完全满足工业要求,有待进一步改善和提高。添加含碳变质剂是Mg-Al系合金铸造生产过程中最常用的细化方法,也是提高镁合金综合性能的有效手段。目前含碳变质剂的使用在通用性和规范性方面存在很大不足,同时对于含碳变质法与镁合金中Mn等微量元素的相互作用关系及其形核机制,一直存在很大争议,因此有必要对此开展深入的研究。本论文系统研究了碳质法对Mg-Al系合金组织和性能的影响,并且在该基础上对碳质法的细化机理进行了探讨,为碳质法制备高性能的镁合金提供了基础的研究数据和思路。首先,对添加MgCO3、通入CO2气体和超声波处理细化AZ91镁合金的工艺进行研究。比较实验结果后得出在740℃添加1wt%MgCO3粉末能够取得比较理想的细化效果。其次,经过探讨得到在740℃以0.3L/min向镁中通5分钟的CO2气体得到了细化效果最好的镁合金。另外,对比了几种典型的含碳变质剂（MgCO3、C2C16和CO2气体）的细化过程的优缺点,发现MgCO3粉末是比较适合的一种含碳变质剂。改变镁合金中Mn含量的碳质细化实验及分析发现,当镁合金中不含Mn元素时,添加含碳变质剂不能引起镁合金的细化。只有在含Mn的前提下,添加含碳变质剂才能起到细化效果。借助SEM、DTA、EDS等分析手段,提出了镁合金的碳质法细化机理：首先,镁合金中的C与Al生成了细小的Al-C化合物,这成为了初始形核核心；在该形核核心基础上,Mn与Al形成了新的异质形核核心Al8Mn5,最后,α-Mg在该粒子表面开始形核。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 镁及镁合金的概述
• 1.1.1 纯镁的性质
• 1.1.2 镁合金的特性
• 1.1.3 镁合金中的合金元素
• 1.1.4 镁合金的应用
• 1.2 镁合金晶粒细化技术的研究现状
• 1.2.1 铸锭变形处理技术
• 1.2.2 粉末冶金成型
• 1.2.3 熔体过热处理
• 1.2.4 半固态成型
• 1.2.5 凝固组织细化
• 1.2.6 物理场促进形核方法
• 1.2.7 小结
• 1.3 本论文的主要内容及研究目的
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究目的和意义
• 第2章 实验方案及实验方法
• 2.1 实验方案
• 2.2 熔炼前的准备
• 2.2.1 涂料的配制以及刷涂
• 2.2.2 模具的选择与预热
• 2.2.3 保护气体的选择
• 2.3 熔铸工艺
• 2.4 分析测试
• 2.4.1 拉伸性能测试
• 2.4.2 硬度性能测试（HV）
• 2.4.3 金相显微组织分析
• 2.4.4 平均晶粒度的测量
• 2.4.5 扫描电镜与能谱分析
• 2.4.6 X射线衍射分析
• 2.4.7 差热分析
• 第3章 AZ91D镁合金细化工艺的研究
• 3.1 碳酸镁对AZ91D镁合金的影响
• 3.1.1 含碳变质剂加入量对AZ91D镁合金的影响
• 3.1.2 变质温度对AZ91D镁合金的影响
• 3.2 不同含碳变质剂对AZ91D镁合金的影响
• 3.2.1 C02对AZ91D镁合金的影响
• 3.2.2 C2C16对AZ91D镁合金显微组织的影响
• 3.2.3 几种含碳变质剂的比较
• 3.3 细化工艺对力学性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 碳质法细化镁合金的机理研究
• 4.1 目前流行的镁合金组织细化理论
• 4.1.1 流行的几种细化模型
• 4.1.2 镁合金异质形核机理
• 4.1.3 微量Mn元素在细化过程中的作用
• 4.2 实验材料与方法
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 试验方法
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 Mn含量对镁合金凝固组织的影响
• 4.3.2 Mn含量对α-Mg晶粒度的影响
• 4.3.3 Mn含量对镁合金硬度的影响
• 4.3.4 碳质法细化机理分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果