AZ91D镁合金的晶粒细化及在部分重熔中的组织演变

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镁合金是目前应用的最轻的金属材料,具有巨大的应用潜力,而且半固态成形被认为是镁合金最有发展前途的新型成形技术。然而,铸态镁合金组织比较粗大,严重影响其机械性能,同时影响半固态锭料的组织。对于含铝镁合金,碳孕育是目前最有效的晶粒细化手段。本文研究了MgCO3、SiC的添加量、添加温度、熔体保温时间、冷却速率、锭料尺寸对AZ91D镁合金微观组织的影响,并从形核和生长的角度,探讨了细化机理。同时研究了经过细化处理的AZ91D镁合金在部分重熔过程中的组织演变。结果表明:AZ91D镁合金经过MgCO3、SiC处理后组织明显得到了细化。当在790℃加入1.0%MgCO3后保温10min,晶粒平均尺寸从未处理的311μm可减小到53μm;随着保温时间的延长,晶粒细化效果随之衰退;随着熔体从处理温度降到浇注温度的冷却速率的增加,晶粒尺寸减小。当在760℃~780℃加入0.2%SIC后保温30min,平均晶粒尺寸可减小到70μm;其它工艺参数对试样晶粒大小的影响和MgCO3细化处理的基本一样,只是细化衰退现象比较弱。相比而言,SiC处理的细化效果衰退现象比较弱,且比MgCO3的细化效果稳定,可操作性、可靠性强。MgCO3和SiC对AZ91D镁合金组织的细化,是异质形核和抑制生长综合作用的结果。主要机理是细化剂与合金元素反应生成Al4C3,Al4C3与α-Mg均为六方晶系,且晶格常数相近,因此可作为α-Mg原子的非均质形核的基底,另一部分C元素因溶质再分配而富集到晶间,反应生成点状Al4C3,对晶粒的生长起到阻碍作用,从而使晶粒细化。另外,SiC加入后,反应生成的Mg2Si对晶粒的生长也起到阻碍作用。MgCO3、SiC处理后的AZ91D镁合金经过半固态等温热处理后能获得适合半固态成形所需组织的半固态锭料。在部分重熔过程中,经MgCO3、SiC处理的AZ91D的组织演变过程可分为以下阶段:因枝晶间共晶组织向初生晶的溶解而导致的初期快速粗化阶段、剩余共晶组织的熔化引起的组织分离阶段、初生固相颗粒部分熔化所致的球状化阶段、Ostwald熟化引起的粗化阶段。与没经细化的镁合金相比,晶粒细化后半固态组织中初生颗粒的尺寸小,形状圆整。铸态组织越细小,半固态组织的初生颗粒尺寸越小、形状越圆整。而且,锭料尺寸增大时,初生颗粒尺寸也随着增大。
摘要第7-8页
Abstract第8-9页
插图索引第10-13页
附表索引第13-14页
第1章 绪论第14-22页
    1.1 镁合金的特点及应用现状第14-16页
        1.1.1 镁合金的特点第14页
        1.1.2 镁合金应用的主要领域第14-15页
        1.1.3 镁合金晶粒细化的必要性第15-16页
    1.2 含铝镁合金晶粒细化研究现状及其存在的问题第16-19页
        1.2.1 熔体过热法第16-17页
        1.2.2 熔体搅拌法第17页
        1.2.3 加Ca和Sr等细化处理法第17-18页
        1.2.4 碳质材料细化处理法第18-19页
    1.3 镁合金部分重熔过程中组织演变的研究现状第19-21页
        1.3.1 半固态等温热处理前合金原始组织的影响第19-20页
        1.3.2 半固态等温温度和等温时间的影响第20页
        1.3.3 加热速率的影响第20-21页
    1.4 本文的研究内容第21-22页
第2章 AZ91D镁合金晶粒细化工艺的研究第22-62页
    2.1 引言第22页
    2.2 实验方法第22-27页
        2.2.1 实验材料第22页
        2.2.2 SiC晶粒细化剂的制备第22页
        2.2.3 合金的熔炼、浇注第22-25页
        2.2.4 合金力学性能测试第25-26页
        2.2.5 组织分析和断口观察第26页
        2.2.6 固熔处理第26-27页
    2.3 结果分析和讨论第27-60页
        2.3.1 MgCO_3对AZ91D镁合金微观组织的影响第27-43页
            2.3.1.1 实验结果第27-39页
            2.3.1.2 讨论第39-41页
            2.3.1.3 晶粒细化对AZ91D镁合金力学性能的影响第41-43页
        2.3.2 SiC对AZ91D镁合金微观组织的影响第43-60页
            2.3.2.1 实验结果第43-57页
            2.3.2.2 讨论第57-60页
            2.3.2.3 晶粒细化对AZ91D镁合金力学性能的影响第60页
    2.4 本章小结第60-62页
第3章 细小等轴晶AZ91D镁合金在部分重熔过程中的组织演变第62-85页
    3.1 引言第62页
    3.2 实验方法第62-63页
        3.2.1 材料制备第62页
        3.2.2 部分重熔实验第62-63页
        3.2.3 试样组织的观察和相变分析第63页
    3.3 结果分析与讨论第63-83页
        3.3.1 SiC细化AZ91D镁合金在部分重熔中的组织演变第63-76页
            3.3.1.1 加热时间对AZ91D镁合金半固态组织的影响第63-69页
            3.3.1.2 部分重熔过程中的相变和组分成分的变化第69-72页
            3.3.1.3 加热温度对AZ91D镁合金半固态组织的影响第72-73页
            3.3.1.4 原始晶粒大小对AZ91D镁合金半固态组织的影响第73-74页
            3.3.1.5 锭料尺寸对AZ91D镁合金半固态组织的影响第74-76页
        3.3.2 MgCO_3细化AZ91D镁合金在部分重熔中的组织演变第76-83页
            3.3.2.1 加热时间对AZ91D镁合金半固态组织的影响第76-78页
            3.3.2.2 加热温度对AZ91D镁合金半固态组织的影响第78-79页
            3.3.2.3 原始晶粒大小对AZ91D镁合金半固态组织的影响第79-80页
            3.3.2.4 锭料尺寸对AZ91D镁合金半固态组织的影响第80-83页
    3.4 本章小结第83-85页
结论第85-87页
参考文献第87-92页
致谢第92-93页
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文第93页
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