熔体处理及合金化对MgAl合金组织与力学性能的影响

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1、国内图书分类号：TG146.2国际图书分类号：620.17工学博士学位论文熔体处理及合金化对Mg-Al合金组织与力学性能的影响博士研究生：胡中潮导师：曾松岩教授副导师：张二林研究员申请学位：工学博士学科、专业：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2008年11月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG146.2U.D.C.:620.17DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringEFFECTOFMELTTREATMENTANDALLOYINGONMICROSTRUCTUREANDMECHANICAL

2、PROPERTIESOFMG-ALALLOYCandidate：HuZhongchaoSupervisor：Prof.ZengSongyanAssociateSupervisor：Prof.ZhangErlinAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：November,2008Degree-Conferring-Instituti

3、on：HarbinInstituteofTechnology博士学位论文熔体处理及合金化对Mg-Al合金组织与力学性能的影响EFFECTOFMELTTREATMENTANDALLOYINGONMICROSTRUCTUREANDMECHANICALPROPERTIESOFMG-ALALLOY胡中潮哈尔滨工业大学2008年11月摘要摘要Mg-Al合金广泛应用于汽车制造、电子工业以及航空航天等领域。本文针对Mg-Al合金普遍存在的熔体含气、组织粗大和高温强度低等问题，以工业上最常用的AZ91合金为研究对象，利用Ar旋转喷吹技术对镁合金熔体进行了除气净化处理；开发了Ar+CO2旋转喷吹Mg

4、-Al合金细化工艺，优化了Mg-Al合金Ar+CO2细化工艺参数；同时通过添加高熔点的稀土Gd来提高镁合金的高温性能。利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等手段系统地研究了旋转喷吹除气、细化以及稀土Gd合金化对AZ91合金组织的影响。通过力学性能测试，研究各因素对力学性能的影响。得到如下结果：建立了镁合金Ar旋转喷吹除气效率的理论模型，实验验证了该理论模型的可行性，并对影响除气效率的主要因素进行了理论分析计算，计算结果和实验验证表明280r/min为最佳的除气转速。实验结果表明：旋转喷吹除气是一种高效的镁合金熔体净化方法，这种方法比传统的利用MgCO3和C2Cl6的除气效率高。通过实

5、验定性研究了镁合金熔体中氢对铸态组织的影响，结果表明：熔体中氢含量高导致镁合金铸态组织中存在大量缩松。因而显著降低铸态和热处理态力学性能，所以减少合金熔体中的氢含量可以显著地提高合金的力学性能，特别是伸长率，同时也可以提高合金的蠕变性能。在金属型铸造条件下，旋转喷吹除气处理后(45min)合金的拉伸强度提高了25.9%、伸长率提高了84%，蠕变激活能由除气前的78kJ/mol增加到108.9kJ/mol，应力指数由2.4增加到6.5。发展了一种Ar+CO2旋转喷吹Mg-Al合金熔体综合处理工艺，该工艺不仅对Mg-Al合金具有细化作用，而且具有除气效果。对细化的工艺参数进行了优化，结

6、果表明：最佳的细化工艺参数是总气体流量为1000ml/min，CO2气体流量为300ml/min，旋转喷吹的时间为45min。该工艺可以使AZ91合金的铸态晶粒尺寸从原来的296μm细化到62.5μm。对该工艺细化机理的分析认为：Al4C3在AZ91合金熔体中具有最小的标准生成自由能，Al4C3相与镁合金基体的错配度仅为4.05%，而且与α-Mg的润湿角为24.7°，因此认为Al4C3具有作为α-Mg异质形核的热力学、晶体学和物理学条件，最有可能成为α-Mg的形核质点，达到细化Mg-Al合金的效果。Ar+CO2旋转喷吹细化工艺存在细化效果衰退现象，在保温40min之内衰退不明显，随

7、着保温时间的延长，细化衰退逐渐加剧，但保温时间达到300min细化效果还未完全消失。力学-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文性能测试结果表明：细化使AZ91合金的拉伸强度提高了11.5%，伸长率提高了20.8%，屈服强度提高了17.7%。为了提高AZ91合金的高温强度，研究了稀土Gd对AZ91合金微观组织、室温力学性能和高温力学性能的影响。TEM分析表明：在晶粒内部、晶界以及在β-Mg17Al12中存在大量面心立方的Al2Gd相。SEM观察表明：生成Al2Gd相使共晶