Mg-RE-Zr合金的细化机理及影响因素的研究

论文摘要

Mg-RE-Zr合金以其密度及性能上的优势,在汽车、航天、微电子等领域具有广阔的应用前景。本文采用光学显微镜、扫描子显微镜、XRD衍射分析仪及电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）研究了原始Zr颗粒对晶粒细化的影响,Mg-RE-Zr合金中Zr的晶粒细化机理及不同凝固速度下Mg-RE-Zr合金的铸态组织变化。原始Zr颗粒对晶粒细化起重要作用。相同成分的Mg-33.3Zr中间合金中Zr颗粒的大小、密度、分布不同。Mg-33.3Zr中间合金中Zr主要以未溶解Zr颗粒呈团簇状弥散分布,Mg-Zr Master-1中Zr颗粒尺寸在013μm之间,Mg-ZrMaster-2中Zr颗粒尺寸在010μm之间。研究表明:随原始Zr颗粒平均尺寸由2.39μm减小到1.77μm,生成富Zr环的平均尺寸由24.89μm减小到16.68μm,富Zr环密度由313个/mm2增加到459个/mm2,晶粒平均尺寸从55μm降低到40μm。富Zr环的密度与18μm之间原始Zr颗粒的密度近似成正比关系,因此富Zr环的形成主要取决于原始Zr颗粒。镁合金中由于加入了RE和Zn,最大溶解Zr量从0.597%增加到0.98%。与Mg-Zr合金相比,WE43合金中富Zr环平均尺寸降低到10μm,富Zr环密度增加到759个/mm2,平均晶粒尺寸降低到20μm。溶解Zr的提高一方面促进了包晶温度附近Zr粒子的析出,促进了异质形核几率;另一方面增大了生长限制因子,抑制晶粒长大作用增强,从而细化晶粒。随着冷却速度从100℃/s降低至0.67℃/s,WE43合金的平均晶粒尺寸从9μm增加到52μm;富Zr环形貌依次演变为多层晕圈状、单层晕圈状、无晕圈状,快速凝固下主要为带状偏析机制形成晕圈状富Zr环,慢速凝固下主要为包晶反应及扩散控制形成无晕圈状富Zr环。随冷却速度的提高,富Zr环中心的未溶Zr核心的平均尺寸降低,原因是过冷度的增大降低了临界形核半径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 镁合金分类及应用
• 1.3 镁合金晶粒细化的研究现状
• 1.3.1 含Al 镁合金晶粒细化方法
• 1.3.2 含Zr 镁合金晶粒细化
• 1.4 选题的目的及意义
• 1.5 论文主要研究内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料
• 2.3 实验方案
• 2.4 试样制备
• 2.4.1 Mg-Zr 二元合金熔化工艺
• 2.4.2 Mg-RE-Zr 合金熔化工艺
• 2.4.3 液淬试样制备
• 2.5 实验分析方法
• 2.5.1 试样制备
• 2.5.2 光学显微镜观察
• 2.5.3 扫描电镜观察
• 2.5.4 成分分析
• 第3章 镁锆中间合金对镁合金晶粒细化的影响
• 3.1 引言
• 3.2 Mg-33.3Zr 中间合金显微组织
• 3.3 Mg-Zr 二元合金显微组织
• 3.4 原始Zr 颗粒对富Zr 环及晶粒尺寸的影响
• 3.4.1 原始Zr 颗粒对富Zr 环密度的影响
• 3.4.2 原始Zr 颗粒对富Zr 环尺寸的影响
• 3.5 Mg-RE-Zr 合金组织形貌及物相分析
• 3.5.1 组织形貌
• 3.5.2 物相分析
• 3.6 Mg-RE-Zr 合金中Zr 的晶粒细化机制
• 3.7 本章小结
• 第4章 凝固速度对Mg-RE-Zr 合金晶粒细化的影响
• 4.1 前言
• 4.2 Mg-RE-Zr 合金显微组织
• 4.3 凝固速度对富Zr 环形态的影响
• 4.3.1 凝固速度对富Zr 环形貌的影响
• 4.3.2 富Zr 环形成过程
• 4.3.3 凝固速度对富Zr 环尺寸的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢