几种工业镁合金的超声孕育细化研究

论文摘要

镁合金以其重量轻、比强度高而日益广泛地应用于汽车、电子、航空航天等领域,被认为是21世纪最具开发前景的轻质结构材料,但低强度是镁合金应用中存在的主要障碍之一。然而,镁合金析出沉淀强化手段有限,因此,细晶强化成为提高镁合金力学性能的一种重要途径。大量研究已表明,超声作为一种物理场,可以显著细化经超声处理的金属熔体的凝固组织,是一种新兴的并有广阔应用前景的金属熔体细晶处理方法。本文以AZ系列和AS41系列镁合金为研究对象,采用光学显微镜、扫描电子显微镜（+能谱分析仪）、图像分析软件、X衍射仪以及万能材料实验机等手段分别对连续与脉冲超声孕育处理的镁合金熔体的凝固组织的宏观形貌、微观组织结构、相组成和力学性能进行了系统研究,得出以下主要结论：（1）连续超声和脉冲超声孕育处理均能够使镁合金组织明显得到细化。超声孕育处理的效果与超声的功率（强度）、处理时间、熔体温度,以及脉冲超声的脉宽、周期等工艺参数有关。（2）连续超声孕育处理AZ80熔体时,高功率短时间或低功率长时间孕育处理时均可以获得较好的晶粒细化效果。超声功率对AS41合金熔体的影响存在一个最优值；在功率为100W（14.1W／cm2）时,随时间延长晶粒持续细化。AS41合金中的Mg2Si相随超声功率增加而持续细化,但超声孕育时间似乎有个孕育处理时间门槛值。（3）脉冲超声孕育处理镁合金熔体时,处理功率、处理时间、处理温度对镁合金微观组织的影响规律与连续超声类似。脉冲超声的大脉宽和短周期等同于提高脉冲超声的平均功率,因此,提高脉宽与缩短脉冲周期对孕育效果的影响与提高处理的表观功率的结果类似。（4）连续或脉冲超声处理镁合金熔体均显著改变其凝固组织中的析出相的点阵常数。延长连续超声孕育时间或增大脉冲超声的功率,AZ80合金中的P（Mg1.7Al12）相晶格常数均呈现先减小后增大的趋势；AS41合金中的Mg2Si相随连续超声功率的增加也呈相同的变化规律。（5）超声孕育处理后的AZ80镁合金的铸态力学性能较未经超声孕育处理时显著提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 镁合金的种类、特点与用途
• 1.2.1 Mg合金的种类
• 1.2.2 Mg合金的特点
• 1.2.3 Mg合金的用途
• 1.3 镁合金的组织形态
• 1.3.1 AZ系列镁合金的组织及形态
• 1.3.2 AS系列镁合金的组织及形态
• 1.4 镁合金的组织细化
• 1.5 镁合金的研究和发展
• 1.6 镁合金的发展前景
• 1.7 超声波原理及其特性
• 1.7.1 超声波原理
• 1.7.2 超声波特性
• 1.8 金属熔体超声孕育处理和凝固研究现状
• 1.8.1 超声孕育处理对凝固组织的影响
• 1.8.2 超声孕育处理对金属熔体结晶过程的作用
• 1.9 金属熔体超声孕育处理在镁合金中的应用优势
• 1.10 金属熔体超声孕育处理与凝固技术前景
• 1.11 研究目的、方法和内容
• 第二章 实验方法及内容
• 2.1 实验的材料及准备
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验装置
• 2.2 试验方案及方法
• 2.2.1 试验流程图
• 2.2.2 试验方法
• 2.3 组织性能及检测方法
• 2.3.1 金相试验
• 2.3.2 扫描电镜（SEM）及能谱分析
• 2.3.3 XRD实验
• 2.3.4 力学性能测试实验
• 2.3.5 脉冲周期与脉宽的测定
• 第三章 连续超声孕育处理对镁合金组织的影响
• 3.1 连续超声功率对合金凝固组织的影响
• 3.1.1 连续超声功率对AZ80、AZ91镁合金凝固组织的影响
• 3.1.2 连续超声功率对AS41凝固组织的影响
• 3.2 连续超声孕育处理时间对合金凝固组织的影响
• 3.2.1 连续超声孕育处理时间对AZ80、AZ91镁合金凝固组织的影响
• 3.2.2 连续超声孕育处理时间对AS41凝固组织的影响
• 3.3 连续超声孕育温度对合金组织的影响
• 3.3.1 连续超声孕育温度对AZ80合金组织的影响
• 3.4 连续超声孕育处理对析出相结构的影响
• 3.4.1 连续超声孕育处理对AZ80合金X射线衍射图谱的影响
• 3.4.2 连续超声孕育处理对AZ80镁合金中β（Mg17Al12）相晶格常数的影响
• 3.4.3 超声处理对AS41合金X射线衍射图谱的影响
• 2Si相晶格常数的影响'>3.4.4 超声处理对AS41合金中Mg₂Si相晶格常数的影响
• 3.5 分析与讨论
• 3.5.1 超声细化机理
• 3.5.2 连续超声功率对组织细化的影响机理
• 3.5.3 连续超声孕育处理时间对组织细化的影响机理
• 3.5.4 连续超声孕育温度对组织细化的影响机理
• 3.6 小结
• 第四章 脉冲超声孕育处理对镁合金组织的影响
• 4.1 脉冲超声功率对合金凝固组织的影响
• 4.1.1 脉冲超声功率对AZ80镁合金凝固组织的影响
• 4.1.2 脉冲超声功率对AS41凝固组织的影响
• 4.2 脉冲超声孕育处理时间对合金凝固组织的影响
• 4.2.1 脉冲超声孕育处理时间对AZ80镁合金凝固组织的影响
• 4.2.2 脉冲超声处理时间对AS41凝固组织的影响
• 4.3 脉宽对合金凝固组织的影响
• 4.3.1 脉宽对AZ80镁合金凝固组织的影响
• 4.3.2 脉宽对AS41凝固组织的影响
• 4.4 脉冲周期对合金凝固组织的影响
• 4.4.1 脉冲周期对AZ80、AZ91镁合金凝固组织的影响
• 4.4.2 脉冲周期对AS41凝固组织的影响
• 4.5 脉冲超声孕育处理温度对合金凝固组织的影响
• 4.5.1 脉冲超声孕育处理温度对AZ80镁合金凝固组织的影响
• 4.5.2 脉冲超声孕育处理温度对AS41凝固组织的影响
• 4.6 脉冲超声孕育处理对析出相结构的影响
• 4.6.1 脉冲超声处理对AZ80合金X射线衍射图谱的影响
• 4.6.2 脉冲超声处理对AZ80合金晶格常数的影响
• 4.7 分析与讨论
• 4.8 小结
• 第五章 超声孕育处理对镁合金力学性能的影响
• 5.1 连续超声孕育处理对AZ80镁合金力学性能的影响
• 5.1.1 力学性能测试结果
• 5.1.2 拉伸断口形貌分析
• 5.2 脉冲超声孕育处理对AZ80镁合金力学性能的影响
• 5.2.1 力学性能测试结果
• 5.2.2 拉伸断口形貌分析
• 5.3 分析讨论
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢