Mg-Al合金中β-Mg17Al12相形貌和析出数量的控制方法研究

论文摘要

为了提高Mg-Al合金的高温抗蠕变性及其塑韧性,为Mg-Al合金的强韧化研究提供参考依据,必须深化对于Mg-Al合金的凝固组织,特别是硬脆离异共晶β-Mg17Al12相（以下简称β相）的认识。本文研究了控制Mg-Al合金中β相形貌和析出数量的方法。采用OM、SEM观察试样的显微组织,采用EDS分析各组成相及微区的成分,采用XRD分析相组成以及定量分析了Al加入量,冷却速度对Mg-Al二元合金中β相析出数量的影响,通过图形分析软件分析了AZ31和AZ61镁合金组织中α-Mg树枝晶尺寸以及β相析出量的面积分数。研究结果表明:（1）Mg-Al二元合金石墨型组织中,β相的析出数量随着Al加入量和冷却速度的增加而增加,析出β相时Al的最少临界加入量为2wt.%;β相的形貌随着Al加入量增加发生了由小颗粒状、大颗粒状、晶界处不完全连续网状到晶界处大面积连续网状分布的变化;α-Mg树枝晶尺寸随着Al加入量和冷却速度增加而减小,出现弥散细小的二次、三次枝晶臂。（2）AZ31镁合金中添加稀土Ce、AZ61镁合金中添加稀土Nd后,β相的析出数量减少,其形貌随着Ce和Nd加入量提高发生了由不完全连续网状分布到弥散化粒状分布的变化,Ce和Nd的加入细化了β相;变质时间对β相形貌和析出数量影响不明显;冷却速度对镁合金中β相形貌和析出数量的影响大于变质处理对其的影响;降低冷速和变质处理对AZ61镁合金中β相形貌和析出数量的控制作用强于其对AZ31镁合金中β相的控制;缓慢冷却时,可以明显改善β相的形貌,降低其析出数量,增加脱溶析出的β相数量,AZ61镁合金缓冷时在晶界处析出了珠光体型组织;α-Mg树枝晶随着Ce和Nd加入量提高,分枝变得发达且分散;在组织中分别出现了杆状Al11Ce3、Al11Nd3稀土相。（3）AZ31镁合金和AZ61镁合金分别经过Ce和Nd变质处理后,硬度值和抗拉强度值提高,延伸率先提高后有所降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 镁元素的性质
• 1.2 镁合金的性能优势
• 1.3 Mg-Al合金的凝固过程及其凝固组织
• 1.3.1 Mg-Al合金的凝固过程
• 1.3.2 Mg-Al合金的凝固组织
• 1.3.3 β相的形貌
• 1.4 稀土元素在镁合金中的作用
• 1.4.1 稀土元素的物理化学性质
• 1.4.2 稀土元素在镁合金中的作用
• 1.5 镁合金的变质处理
• 1.6 本课题的研究背景、目的及内容
• 1.6.1 本课题的研究背景及意义
• 1.6.2 本课题的主要研究内容
• 2 实验方法与过程
• 2.1 实验合金材料及铸型
• 2.2 实验设备
• 2.3 合金试样的熔制
• 2.3.1 合金的熔炼浇注
• 2.3.2 变质处理
• 2.3.3 缓慢冷却
• 2.4 组织分析
• 2.5 实验分析方法
• 2.5.1 冷却速度的确定
• 2.5.2 微观组织分析
• 2.5.3 能谱分析
• 2.5.4 XRD分析
• 2.5.5 力学性能分析
• 3 Al加入量和冷却速度对Mg-Al二元合金中离异共晶β相的影响
• 3.1 不同Al加入量合金的凝固组织
• 3.1.1 不同Al加入量对α-Mg树枝晶形貌的影响
• 3.1.2 不同Al加入量对离异共晶β相形貌和数量的影响
• 3.2 Mg-6%Al二元合金在不同冷却速度下的凝固组织
• 3.2.1 冷却速度对α-Mg树枝晶形貌的影响
• 3.2.2 冷却速度对离异共晶β相形貌和数量的影响
• 4 Ce和冷却速度对AZ31镁合金凝固组织中离异共晶β相的影响
• 4.1 不同Ce加入量对AZ31镁合金组织的影响
• 4.2 不同变质时间对0.6%Ce加入量的AZ31镁合金组织的影响
• 4.3 不同冷却速度对变质后的AZ31镁合金组织的影响
• 4.3.1 1%Ce加入量的AZ31镁合金在不同冷速下的组织
• 4.3.2 0.6%Ce加入量的AZ31镁合金液淬组织
• 4.4 Ce变质后AZ31镁合金在550℃随炉冷却的组织
• 4.5 凝固组织分析
• 4.6 形成的新相
• 4.7 变质处理对AZ31镁合金力学性能的影响
• 5 Nd和冷却速度对AZ61镁合金凝固组织中离异共晶β相的影响
• 5.1 不同Nd加入量对AZ61镁合金组织的影响
• 5.2 不同变质时间对0.6%Nd加入量的AZ61镁合金组织的影响
• 5.3 不同冷却速度对变质后的AZ61镁合金组织的影响
• 5.3.1 1%Nd加入量的AZ61镁合金在不同冷速下的组织
• 5.3.2 0.6%Nd加入量的AZ61镁合金液淬组织
• 5.4 缓慢冷却条件下变质后的AZ61镁合金的组织
• 5.4.1 1%Nd变质的AZ61镁合金保温2小时随炉冷却的组织
• 5.4.2 不同Nd加入量的AZ61镁合金在550℃随炉冷却的组织
• 5.5 凝固组织分析
• 5.6 形成的新相
• 5.7 变质处理对AZ61镁合金力学性能的影响
• 5.8 稀土元素Ce和Nd的变质机理
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录