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新型MgAlSnSi合金的制备及组织控制教学提纲.docx
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1、此文档收集于网络,如有侵权请联系网站删除哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明本人郑重声明:本论文的所有工作,是在导师的指导下,由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在-J文中指出,并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外,一本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字):7圳日期:必加年;片7日哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定,即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学
2、有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索,可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文,可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(囱在授予学位后即可口在授予学位12个月后口解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者(签字):7易舟导师(签字): 日期:切。年;月7日年月此文档仅供学习和交流哈尔滨T程大学硕士学位论文摘要本文成功制备出了Mg-3Al-3Sn-lSi(ATS33
3、1)和Mg6A13Sn1Si(ATS631),两种合金的铸态坯料。利用X射线衍射仪、光学显微镜以及拉伸实验等实验 手段,对铸态合金的相组成、组织结构和力学性能进行了分析和测试。研究_结果表明:合金在加入Sn元素后,合金中粗大的仅Mg枝晶有所细化,砧 含量的增加在提高材料拉伸强度的同时降低了延伸率;M92Si、M92Sn的引 入提高了材料的高温拉伸性能,砧含量较高时,M92Si、M92Sn对材料的高 温拉伸性能改善效果更好。但是,粗大的汉字状M92Si相影响了材料性能的 进一步提高。本文同时采用固溶处理(T4)、固溶+人工时效处理(T6)T艺对铸态材料进 行了热处理。研究结果发现g经过T4及T6
4、热处理,合金的拉伸强度及延伸 率与铸态相比都有一定程度的提高,但也观察到合金的材料中M92Si相变化不大,MgaSi相大多数仍然以汉字状或纤维状存在。 本文还采用等温热处理法制备镁合金半固态坯料,研究了半固态等温热处理工艺对ATS331和ATS631两种合金半固态组织的影响,并获得了较佳的 工艺参数,即当ATS331合金的等温处理温度为610,等温处理时间为 10-20mira ATS631合金的等温处理温度为575,等温处理时间为1020min 时,能获得液相量适当且晶粒细小、圆整的半固态组织。最后探讨了MgA1SnSi合金半固态坯料中非枝晶组织的形成机制,主C0一要包括三个过程:(x-Mg
5、晶粒的球化机制、晶内共晶MgaSi相的球化机制和一晶界液相中块状M92Si的形成机制。研究发现,半固态等温热处理法获得球 状仅Mg晶粒的机制主要可以用枝晶熔断机制来解释;晶内的汉字状共晶 M92Si相的球化机制可归因于“Rayleigh形状失稳;晶界液相中块状M92Si 相的形成机制可以根据溶解析出机制来进行解释。关键词:Mg枷Sn-Si合金;MgaSi相;半固态:非枝晶组织;形成机制哈尔滨下程大学硕士学位论文AbstractTtIe as-cast Mg-3AI-3Sn-lSi(ATS331)and Mg-6A1-3Sn-lSi(ATS631) alloys were fabricated
6、by means of permanent mold casting method111e phase compositions,microstructures and mechanical properties of the as-cast composites were investigated by meal岱of X-ray diffraction(m)analysis,optical microscopy(OM)analysis and tensile testm results show that thecoarse primary Or-Mg phases in the asca
7、st Mg-砧Si-Sn alloys can transform into fine shape after the alloys were added wim Snn圮as-cast alloys have improved tensile strength but lower elongation、,itll increasing AI contents111c formation of M92Si and M92Sn particles improved mechanical performance of theexperimental alloys at elevated tempe
8、ratures,and the higher A1 content the effectmore obviousHowever,the M92Si phases existed in the form of coarse Chinese script in the matrix,which would greatly deteriorate the strengthening effect ofM92Sim processes of solution(T4)and solution+artificial aging(T6)heattreatment were used to strengthe
9、n the嬲一cast alloysIt is obvious that the tensile stress and the tensile strain increase dramaticly after dealing wim the processes of 14 and T6 heat treatmentHowever,the M92Si phases change slightly,the morphology of the eutectic M92Si still keep its Chinese or fibre script in thematrixIn this paper
10、,ATS33 1 and ATS63 1 alloy billets were obtained through semi-solid isothermal heat treatment,rI圮effects of processing parameters on nondendritic microstructural evolution during isothermal heat treatment wereinvestigatedTl舱results indicate that the relative optimum holding temperatures and times sh
11、ould be chosen:575and 1020 min for ATS63l,610and lm也O min for ATS33 1,respecfivelythus fine and globular or spherical grains weren哈尔滨-丁程大学硕士学位论文attained,as well as appropriate liquid fraction in the semi-solid microstructureTo study the mechanism for formation of non-dendrite microstructure of semi-
12、solid Mg-A1-Sn-Si alloy billets,including the mechanism of O【-Mg一sphemidization,the spheroidization mechanism of intragranular M92Si phase andthe evolutional mechanism of M92Si phase at grain boundaryne firstmechanism could be illuminated by dendrite melting,111e second one seems to be attributed to
13、 the“Rayleigh shape instability”The final mechanism is associated witll the resolution-precipitationKey words:MgAISn-Si alloy;M92Si phase;Semi-solid;Formation mechanism;Nondendritic structureIII哈尔滨1=程大学硕十学位论文目录第1章绪论111课题背景及选题意义112镁合金常用的M92Si变质剂及其变质机理2121初生M92Si相变质3122共晶M92Si相变质513Mg-AISi合金的热处理8131常用
14、的镁合金热处理方法8132MgAl-Si合金的热处理的研究现状”1014Mg-A1-Si合金的半固态处理12141半固态等温热处理方法l 2142等温热处理方法半固态组织演变机理1315研究内容l 5第2章试验材料与研究方法1521实验材料”l 622合金的制备及熔炼”1 623研究不同工艺方法对合金的影响17231合金的热处理1 7232合金的半固态等温热处理1824实验研究的技术路线1 925样品表征2026本章小结”2l第3章MgA1Sn-Si合金铸态组织及性能“2231Mg-Al-SnSi合金铸态组织2232铸态Mg-Al-Sn-Si合金拉伸性能2533铸态Mg-AI-Sn-Si合金拉
15、伸性能强化机理27IV哈尔滨丁程大学硕士学何论文34本章小结28第4章热处理变质MgAISnSi合金组织及性能2841热处理对MgAISnSi合金的组织的影响31,411固溶处理(T4)对MgAI-Sn-Si合金的组织的影响3l1,412固溶加时效处理(T6)对MgA1-Sn-Si合金的组织的影响3442热处理对MgA1SnSi合金的性能的影响37一43本章小结39第5章半固态等温热处理工艺参数对MgA1-Sn-Si合金的影响4051等温热处理工艺参数对ATS331合金半固态组织的影响4l511等温处理温度对ATS331合金半固态组织的影响“4l512等温处理时间对ATS33l合金半固态组织的
16、影响”4952等温热处理工艺参数对ATS631合金半固态组织的影响51521等温处理温度对AT633 1合金半固态组织的影响”51522等温处理时间对ATS631合金半固态组织的影响”5953本章小结”61第6章半固态MgA1一SnSi合金组织演变机理62610【Mg晶粒的球化机制6262晶内共晶M92Si相的球化机制6563晶界液相中块状MSi的形成机制6764本章小结72结论73参考文献73攻读硕士学位期间发表的论文81致谢”82V哈尔溟T程大学硕士学位论文II第1章绪论11课题背景及选题意义镁合金作为最轻的工程结构金属材料,具有许多优异的独特性能,如比 强度高、比刚度高、导电导热性好,兼
17、有良好的阻尼减震和电磁屏蔽性能, 易于加工成形,良好的再生回用等优点,在汽车、通讯设备、航空等领域中 得到了较为广泛的应用。因此,镁基材料被认为是本世纪最有开发前途和应 用潜力的绿色工程材料【I21。但是,目前常用的镁合金存在拉伸强度低、耐热性差、耐磨性低等严重 的不足,大大限制了镁合金的进一步发展及其工业应用。虽然颗粒增强镁基 复合材料具有低的热膨胀系数、高的弹性模量和好的耐磨性等优点,但是, 传统复合材料的制备技术一直面临着增强颗粒与基体之间的润湿性较差及其 界面结合强度较低等诸多难题的挑战【31。加入合金元素是改善合金性能最常用和最有效的方法之一【4】。合金在结 晶凝固过程中弥散析出的第
18、二相,可以起到限制位错运动和有效钉扎晶界的 作用,从而提高其高温蠕变性能【5】。铝是镁合金中最为重要的合金化元素之一,铝在固态镁中具有较大的固 溶度,其平衡极限固溶度为127。一般而言,加铝对镁进行合金化有利于 镁合金耐蚀性的提高,铝的加入还可以改善铸件的可铸造性,提高镁合金的 强度【6l。MgAl系合金是目前牌号最多,应用最广的系列,这类合金的典型 代表有Mg-A1-Si(AS)系、MgA1Ca(AC)系、MgA1-RE(AE)系、MgA1Sr (AJ)系等。MgAl系合金会连续析出Mgl7All2相,这种板条状的析出相熔 点较低,仅为437C。合金中90以上Mgl7All2平行于Mg基体的
19、(0001)基面析出,且与基体之间无共格关系,不能为位错运动提供大的阻力。此外,随温度升高,MglTAlt2发生不稳定相变,极易软化、粗化,不能有效地钉扎晶界川。另外有研究指出,Si加入到Mg-AI合金后可以弥散析出具有高熔点(1085l哈尔滨T程大学硕士学位论文)、高硬度(460HV)和低的热扩散系数(7510击)等特性的M92Si相【8】。目前, MgA1Si系耐热镁合金由于具有高温性能较好和成本较低等优势,被认为是 一种适合150以下有发展前途的高温抗蠕变镁合金。实际上早在上世纪70,年代,人们就已经开始了含Si耐热镁合金的研究,并先后开发出了AS41、0AS31、AS21和AS21X等
20、AS(Mg-A1si)系耐热镁合金。尽管目前这些已开发 出的AS系镁合金有较高的高温性能,但其推广应用仍然因种种不足而受到d一定程度的限制,而这其中比较典型的一个问题是Si在镁合金中形成的M92Si相有两种形态【l 01,一种为汉字状,一种为多边形状。汉字状M92Si相 是合金在凝固过程中发生共晶反应时产生的;多边形M92Si相是合金在凝固 过程中作为初生相形成的。在合金的铸造过程中M92Si相周围存在很大的应 力集中,会促进合金组织中显微空洞的萌生和扩展,并且随着温度的升高, 空洞会随之增大,导致合金力学性能大幅度降低,尤其是延伸率。粗大的 M92Si颗粒将极大地恶化材料的力学性能,使得Mg
21、A1Si系耐热镁合金目前 仅适用于冷却速率较快的压铸件而无法用于砂型铸造等工艺【911】。因此,本文意图在于开发一种新型MgA1Si系耐热镁合金,在解决镁合 金耐热性不足问题的同时,通过一些工艺方法(如:热处理方法、半固态方法 等)来改善合金中M92Si的形貌及细化粗大的M92Si颗粒,为制备出耐热性及力学性能兼备的新型镁合金奠定一定的理论和应用基础。12镁合金常用的M92Si变质剂及其变质机理近年来,科研工作者采用了新的制备技术,如热挤压、快速凝固技术、 定向凝固和机械合金化等【14-19】使高硅镁合金组织得到了明显的改善,材料的 力学性能也得到了相应的提高【20。21】。然而,以上技术对于
22、M92Si的细化程度 有限且存在工艺复杂,过程难以控制,生产成本过高等问题。目前,采用合 金化和或微合金化手段对粗大M92Si相进行变质是一种效果比较明显的方 法。变质法是通过添加变质剂或改变生产工艺,使晶体各向异性的择优生长 方式转变为各向同性的生长方式,从而大大简化了生产工艺,并降低了生产2哈尔滨丁释大学硕十学何论文11 71成本。本文将从初生相变质和共晶相变质两个方面来进行简要论述。121初生M92Si相变质近年来,科研工作者采用为了制备出具有较佳组织细化变质合金中粗大 的初生M92Si相的变质剂主要包括有KBF4盐、Sb、Na、Sr和RE等。01、KBFa盐变质初生M92Si相Wang
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