电磁场对镁合金组织性能作用规律的研究

论文摘要

随着人们对环保、能源等因素的日益关注和数字化进程的推进，作为目前实际应用中最轻的金属材料，镁合金以其密度小、比强度和比刚度高等优良的综合性能在汽车制造业和3C产品领域中倍受关注。本文是湖北省科技发展计划项目“镁合金电磁控制凝固技术”（项目编号2004CA005）的一部分，主要研究电磁场作用下镁合金凝固的基础问题。包括电磁场作用下，镁合金的微观结构和凝固组织的改变，探讨镁合金在电磁场中凝固行为的作用机制；电磁场对镁合金中溶质元素分布、合金元素宏观偏析的影响；以及电磁场作用下，镁合金力学性能的变化规律。旨在通过各方面的探索，完善材料电磁工艺（EPM）的基础知识，为材料电磁工艺用于镁合金的制备和加工过程中提供理论基础。本研究的主要工作及取得的研究成果如下：采用金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪对直流磁场作用下AZ91D、AZ91D-0.8％RE合金的凝固组织及溶质元素固溶度进行了观察和分析，结果表明：直流磁场对合金凝固组织产生了显著的影响。当磁场强度为0.29T时，两种合金组织中晶粒尺寸均达到了最小值，且α-Mg晶粒大小的均匀化程度显著提高；溶质元素Al在的晶内含量达到最大值，β-Mg17Al12相显著数量减少，其态几乎完全由连续网状变成断网状或块状；另外AZ91D-0.8％RE合金中（Ce，La）Al4相尺寸减小，由较为粗大的短杆状变为细小的针状分布，但相的类型没有改变，并无其它亚稳相生成。利用硬度计和万能实验机对两种合金的力学性能进行了测试，结果表明：显微组织的改善提高了镁合金综合力学性能。0.29T时AZ91D合金的抗拉强度、屈服强度和硬度最高，增幅分别为12％、9％和31％，而延伸率在0.12T时达到最大值1.9％，增幅为36％；0.29T时AZ91D-0.8％RE合金延伸率达到2.2％，与无磁场作用试样相比，增幅达16％，而抗拉强度和屈服强度小幅提高，硬度略有下降。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 镁及镁合金的特点
• 1.1.1 纯镁的物理性质
• 1.1.2 镁合金的物理性质及力学性能
• 1.1.3 镁合金的特点
• 1.2 镁合金的应用
• 1.2.1 镁合金在汽车工业中的应用
• 1.2.2 镁合金在3C产品中的应用
• 1.3 材料电磁工艺简介
• 1.3.1 材料电磁工艺产生的背景
• 1.3.2 材料电磁工艺的发展过程
• 1.3.3 材料电磁工艺的分类
• 1.4 磁场对金属材料作用规律的研究现状
• 1.4.1 稳恒或交变磁场的作用
• 1.4.2 脉冲磁场的作用
• 1.5 本论文的研究意义、目的及内容
• 1.5.1 研究意义和目的
• 1.5.2 研究内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 材料电磁工艺的基础理论
• 2.1 引言
• 2.2 麦克斯韦方程组
• 2.3 磁流体动力学基本方程
• 2.4 固态相变理论
• 2.5 本章小结
• 第三章 实验方案和内容
• 3.1 实验方案的确定
• 3.1.1 技术路线
• 3.1.2 实验材料及合金的配置
• 3.1.3 实验装置说明
• 3.2 实验过程与工艺
• 3.2.1 合金的熔炼及电磁处理
• 3.2.2 热处理
• 3.3 组织分析及性能测试
• 3.3.1 试样制备
• 3.3.2 检测方法
• 3.3.3 分析软件
• 3.4 本章小结
• 第四章 直流磁场对AZ91D镁合金组织性能的影响
• 4.1 铸态组织
• 4.1.1 铸态组织光学照片
• 4.1.2 铸态组织扫描电镜照片
• 4.2 晶粒大小
• 4.2.1 晶粒平均尺寸
• 4.2.2 晶粒尺寸分布
• 4.3 溶质分布
• 4.3.1 能谱分析
• 4.3.2 显微硬度分析
• 4.4 力学性能
• 4.4.1 硬度测试
• 4.4.2 拉伸实验
• 4.5 分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 直流磁场对AZ91D-0.8%RE合金组织性能的影响
• 5.1 铸态组织
• 5.1.1 铸态组织扫描电镜照片
• 5.1.2 铸态组织光学照片
• 5.1.3 针状新相扫描电镜照片
• 5.2 晶粒大小
• 5.2.1 晶粒平均尺寸
• 5.2.2 晶粒尺寸分布
• 5.3 X射线衍射分析
• 5.4 力学性能
• 5.5 分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文
• 附录