电磁搅拌对微合金化镁—锌—硅合金组织及力学性能的影响

论文摘要

镁合金作为结构材料具有其它材料无法比拟的优越性,并在汽车工业、IT产业和航空航天等行业中得到广泛应用。采用电磁搅拌法与合金化相结合制备高性能镁合金是今后工业化的重要发展方向。本文主要实验设备为一台温度可调、旋转磁场分布和磁场强度可变且有气氛保护的旋转永磁体电磁搅拌装置。通过此装置研究了连续降温和等温条件下Mg-6%Zn-2%Si合金非枝晶初生相的形成过程,结果表明初生相经历了微小树枝状—树枝状—颗粒状的演化过程。对不同工艺参数对Mg-6%Zn-2%Si合金初生相影响的研究表明:磁感应桶旋转速率增加使得初生相球化和细化;旋转方向的改变对组织无明显影响;边搅拌边降温的初生相更接近球形,但易发生合并长大。对比了不同搅拌工艺下的凝固铸锭的组织和力学性能,结果表明:670℃等温70 Hz、10 min单向搅拌并以最大冷却速度凝固后的合金具有较优的组织,其在室温和高温（150℃）下抗拉强度均有小幅度提高,而断后伸长率提高幅度比较明显,硬度值提升也较大。研究了不同含量富铈混合稀土、钙和硼合金化对Mg-6%Zn-2%Si合金组织和力学性能的影响,发现合金化后的Mg-6%Zn-2%Si合金组织细化,不同温度（20℃和150℃）时的抗拉强度均优于未合金化的,且添加0.3wt.%的富铈混合稀土、0.6wt.%钙以及1wt.%硼的合金在相应单元合金化系列中力学性能最高。用优化的电磁搅拌工艺对这几种性能较优合金进行了电磁搅拌,连续冷却取样组织分析结果表明:添加稀土元素后的合金在电磁搅拌后Mg2Si初生相相比于搅拌前有所细化;添加钙元素合金搅拌后组织中初生Mg2Si以棒状、球粒状存在于基体;添加硼元素合金搅拌后组织中初生Mg2Si相比有所粗化,但边角发生圆化。单元合金化合金搅拌凝固后在不同温度的抗拉强度和断后伸长率稍有提高,硬度基本不变。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 镁合金简介
• 1.1.1 镁合金的特点及应用
• 1.1.2 镁合金的分类及发展趋势
• 1.1.3 镁锌系合金
• 1.2 微合金化元素对含硅镁合金组织和性能的影响
• 1.2.1 Si 元素微合金化
• 1.2.2 Ca 元素微合金化
• 1.2.3 RE 元素微合金化
• 1.3 电磁搅拌概述
• 1.3.1 电磁搅拌
• 1.3.2 电磁搅拌器的分类
• 1.3.3 电磁搅拌对凝固组织及性能的影响
• 1.3.4 电磁搅拌的研究现状
• 1.4 本研究的目的、意义和内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究意义
• 1.4.3 研究内容及方法
• 第二章 实验原料与方法
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 合金熔铸
• 2.2.2 电磁搅拌工艺
• 2.2.3 组织和力学性能分析方法
• 第三章 镁-锌-硅合金的制备
• 3.1 合金成分设计
• 3.2 实验结果分析
• 3.2.1 金相组织
• 3.2.2 拉伸性能
• 3.2.3 硬度
• 3.3 本章小结
• 第四章 电磁搅拌工艺对镁-锌-硅合金组织和力学性能的影响
• 4.1 电磁搅拌工艺的设计
• 4.1.1 搅拌温度区间的确定
• 4.1.2 不同搅拌制度的设计
• 4.2 电磁搅拌工艺对初生相分布、形貌和大小的影响
• 4.2.1 等温电磁搅拌下不同搅拌时间对初生相的影响
• 4.2.2 等温电磁搅拌下不同搅拌速率对初生相的影响
• 4.2.3 不同冷却制度下电磁搅拌对初生相的影响
• 4.2.4 改变磁感应器搅拌方向对初生相的影响
• 4.3 电磁搅拌并连续冷却合金的组织和力学性能
• 4.3.1 电磁搅拌对连续冷却组织的影响
• 4.3.2 电磁搅拌对合金力学性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 电磁搅拌对单元合金化镁-锌-硅组织及力学性能的影响
• 5.1 单元合金化镁-锌-硅的组织和力学性能
• 5.1.1 单元合金化对组织的影响
• 5.1.2 单元合金化对力学性能的影响
• 5.2 电磁搅拌对单元合金化后镁-锌-硅半固态组织的影响
• 5.2.1 对添加富Ce 混合稀土合金半固态组织的影响
• 5.2.2 对添加Ca 元素合金半固态组织的影响
• 5.2.3 对添加B 元素合金半固态组织的影响
• 5.3 单元合金化镁-锌-硅合金搅拌并连续冷却后组织和力学性能
• 5.3.1 搅拌并连续冷却组织
• 5.3.2 搅拌并连续冷却后合金的力学性能
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文