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Mg-9Al基合金组织细化技术及性能研究

刘生发  
【摘要】:本文以Mg-Al-Zn系最具有代表性的AZ91合金(Mg-9Al基)的组织细化作为研究方向,以溶质元素(Sr、Ca、Ce、Nd),原位TiC_p和电磁搅拌对AZ91的组织和性能的影响为主要研究内容,探讨AZ91的化学成分、组织结构和性能变化之间的关系,以提高合金的力学性能和改善腐蚀性能为目的。 研究了Sr对AZ91合金组织和性能的影响。结果表明,适量的Sr能细化合金的a晶粒。Sr增加合金的密度,有利于减少合金的显微缩松。Sr提高铸态与时效合金的室温强度性能,对延伸率的影响不大。探讨了Sr细化组织的机理。 研究了Ca对AZ91合金组织和力学性能的影响。少量的Ca可明显细化a晶粒并提高铸态与时效合金的室温强度性能,但对延伸率不利。提出了Ca细化组织的机制是:凝固过程中固/液界面前沿富集的Ca强烈抑制a晶粒的生长。 系统地研究了Ce、Nd对AZ91合金组织与性能的影响。结果表明,Ce、Nd均能显著细化合金的显微组织。同时,Ce、Nd与合金中的Al结合形成针状的Al3Ce和粒状的Al_3Nd化合物,两种化合物主要分布在晶界处。稀土元素的加入使β-Mg_(17)Al_(12)相由连续网状变为非连续分布。Ce、Nd明显提高铸态和时效合金的室温力学性能,对延伸率提高有限。提出了Ce、Nd细化组织的机制是:结晶过程中固/液界面前沿富集的Ce、Nd引起成分过冷增大,导致晶核数量增加。 首次系统地研究了适量的Ce、Ca、Sr对AZ91合金复合细化的工艺与机理。采用液淬方法和金相观察探讨了复合细化机制。 使用基于SHS原理的铸造接触反应法成功制备了Al-TiC中间合金。对反应进行了热力学计算,研究了反应合成的工艺参数。 首次系统地研究了以Al-TiC中间合金为AZ91合金的晶粒细化剂对显微组织和力学性能的影响。结果表明,原位TiC颗粒明显细化合金的a晶粒并提高合金的强度性能。探讨了原位TiC颗粒细化合金的机制。 首次研究了电磁搅拌对AZ91和AZ91+0.8%Ce合金显微组织的影响。结果表明,合适的输入电压使合金的a枝晶组织发生球团化和细化,β相的数量明显增多,使元素Zn在β相中的偏聚倾向降低。探讨了电磁搅拌和稀土Ce复合细化组织的机制。 采用静态失重法和极化曲线研究了Ce、Nd和Sr对AZ91合金在NaCl水溶液中的腐蚀性能。结果表明,Ce、Nd明显降低合金的腐蚀速率,而Sr对合金的腐蚀性能不利。探讨了显微组织与腐蚀性能之间的关系。


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