冷却速率和高压对锌铝合金二元合金凝固组织的影响

论文摘要

常规铸造锌铝合金凝固补缩特性差,易形成缩松、缩孔等缺陷,极大地降低了合金的机械性能,限制了合金的应用。寻求一种有效工艺方法改善锌铝合金凝固特性是有必要的。本文在对国内外快速凝固及高压材料科学研究现状进行深入分析的基础上,利用熔体急冷法、铜模喷铸法分别制备了Zn-27Al条带样品、直径分别为5mm、2mm、1mm的圆柱样品及楔形样品,在不同压力下,制备了Zn-22Al和Zn-5.1Al合金样品,并对其进行研究,探讨冷却速率和高压对锌铝合金凝固特性的影响。Zn-27Al合金的组织形貌随冷却速率的改变发生了显著的变化,普通母合金锭的组织呈现为河流状,铜模喷铸样品呈现为树枝晶状或花朵状或较规则的网格状；晶粒随冷速的增大变得更为细小,其中熔体急冷条件下制备的条带样品,其组织细化致普通光学显微镜难于区分富铝相和富锌相。此外,快速凝固条件下,凝固过程原子扩散受到抑制,使之形成过饱和固溶体,导致富铝相对应的晶面间距及晶格常数减小。另外,随着凝固速率的增大,合金的显微硬度也随之增强。压力改变了Zn-22Al样品的组织形貌,由常压样品的树枝晶状到3GPa样品的网格状；随着压力的增加,组织变得细小。此外,凝固过程原子扩散受到抑制,使之形成过饱和固溶体,导致富铝相对应的晶面间距及晶格常数减小。同时,随着晶粒的细化和固溶度的增加,合金的显微硬度也增加。另外,对Zn-5.1Al样品的研究表明：压力改变了Zn-5.1Al样品的组织形貌,细化了组织；压力没有改变相组成但是改变了相的含量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 锌铝合金
• 1.1.1 锌铝合金简介
• 1.1.2 锌铝合金的凝固
• 1.2 高压作用下合金的凝固
• 1.2.1 高压下合金凝固的基本理论
• 1.2.2 压力与过冷度的关系
• 1.2.3 压力对形核及晶粒尺寸的影响
• 1.2.4 压力对晶体粘度和熔点的影响
• 1.2.5 压力对合金平衡相图的影响
• 1.2.6 高压合金凝固的研究现状
• 1.2.7 高压作用下锌铝合金的研究现状
• 1.3 快速凝固技术
• 1.3.1 快速凝固技术的发展
• 1.3.2 快速凝固的基本理论及方法
• 1.3.3 快速凝固对合金组织的影响
• 1.3.4 合金快速凝固的研究现状
• 1.4 本课题的研究内容及目的
• 第二章 实验过程及方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 合金的熔炼
• 2.2.1 快速凝固样品的制备
• 2.3 实验设备
• 2.3.1 熔炼设备
• 2.3.2 快速凝固设备
• 2.3.3 高压设备
• 2.4 分析与测试手段
• 2.4.1 X射线衍射分析
• 2.4.2 金相分析
• 2.4.3 扫描电子显微镜分析
• 2.4.4 透射电镜分析
• 2.4.5 显微硬度测试
• 第三章 冷却速率对Zn-27Al合金凝固组织的影响
• 3.1 冷却速率对Zn-27Al合金相变的影响
• 3.2 冷却速率对Zn-27Al合金组织形貌的影响
• 3.2.1 母合金与金属型试样组织形貌的比较
• 3.2.2 Φ1mm圆柱试样与条带试样组织形貌的比较
• 3.2.3 楔形样品的组织形貌
• 3.3 冷却速率对合金元素分布的影响
• 3.4 冷却速率对合金显微硬度的影响
• 第四章 高压对锌铝二元合金凝固组织的影响
• 4.1 高压对锌铝二元合金相变的影响
• 4.1.1 高压对Zn-22Al合金相变的影响
• 4.1.2 高压对Zn-5.1Al合金相变的影响
• 4.2 高压对锌铝二元合金微观组织的影响
• 4.2.1 高压对Zn-22Al合金微观组织的影响
• 4.2.2 高压对Zn-5.1Al合金微观组织的影响
• 4.3 高压对合金元素分布的影响
• 4.4 压力对合金显微硬度的影响
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢