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Al-Si-Mg三元近共晶合金定向凝固组织与形成

作　者: 李国利
导　师: 徐瑞
学　校: 燕山大学
专　业: 材料学
关键词: Al-Si-Mg三元合金定向凝固温度梯度下拉速度显微硬度
分类号: TG292
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

目前，定向凝固技术被广泛用于获得具有特殊取向的组织和优异性能的材料。应用定向凝固方法，可以得到定向组织甚至单晶，明显地提高材料所需的性能。本文将选取Al-Si-Mg三元近共晶合金作为研究对象进行定向凝固实验，探讨其组织形貌变化、生长机制和力学性能变化。实验选取合金成分为Al-12.7Si-4.97Mg(wt%)，在恒定温度梯度(5K/mm)下，分别以1、3、5、10、15和25mm/min下拉速度对其定向凝固。利用金相显微镜，扫描电子显微镜，观察了合金组织形貌，并分析了其生长机制。利用显微硬度计和万能电子拉伸试验机分别测量了合金的宏观硬度和拉伸强度。实验结果表明：Al-Si-Mg三元近共晶合金在不同下拉速度下，-Al相组织形貌并未发生太大变化，但其相大小、一次枝晶间距和二次枝晶臂距却随下拉速度的增加而逐渐变细、变小；不同下拉速度下，三元共晶(-Al+Mg2Si+Si)E组织中Mg2Si相形貌发生很大变化，出现如字母状X→Y→V→I的变化趋势；同一试样在相同下拉速度下，不同部位组织定向效果不同，稳定态区组织定向效果最为明显。随下拉速度的不断增加，因组织细化等原因，材料的宏观硬度出现逐渐升高趋势，通过线性拟合，得出宏观硬度值与下拉速度之间关系式：HB17.23exp(R/15.58)77.45；通过拉伸测试得出定向凝固后试样的抗拉强度和屈服强度略高于原始铸态试样；经拉伸断口分析可知，定向凝固试样的断裂形式以韧窝断裂和穿晶断裂为主，少量存在解理断裂；原始铸态试样断裂形式主要为脆性断裂(沿晶/穿晶断裂)。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章绪论  9-23
  1.1 选题背景及意义  9-10
  1.2 定向凝固技术  10-16
    1.2.1 定向凝固的原理和理论研究现状  10-11
    1.2.2 定向凝固技术的发展现状及展望  11-16
  1.3 定向凝固技术的应用  16-17
  1.4 铝合金的定向凝固技术  17-19
  1.5 工艺参数对定向凝固技术的影响  19-22
    1.5.1 抽拉速率的影响  19-21
    1.5.2 温度梯度的影响  21-22
  1.6 本文研究的主要内容  22-23
第2章实验过程  23-29
  2.1 实验材料  23
  2.2 试样制备  23-25
    2.2.1 Al-Si-Mg 三元合金的熔炼  23-24
    2.2.2 合金定向凝固棒料的制备  24-25
  2.3 分析方法  25-29
第3章 Al-Si-Mg 三元合金物相分析  29-35
  3.1 Al-Si-Mg 三元合金 DSC 分析  29-30
  3.2 Al-Si-Mg 三元近共晶合金相组成分析  30-31
  3.3 Al-12.7Si-4.97Mg 三元近共晶合金原始铸态组织观察  31
  3.4 Al-12.7Si-4.97Mg 三元近共晶合金能谱分析  31-32
  3.5 Al-12.7Si-4.97Mg 三元近共晶合金组织凝固分析  32-33
  3.6 本章小结  33-35
第4章 Al-Si-Mg 三元合金定向凝固组织观察  35-51
  4.1 相同下拉速度下试样不同部位定向凝固组织研究  35-38
  4.2 不同下拉速度下试样相同部位定向凝固组织研究  38-43
  4.3 不同下拉速度下二元共晶相的变化  43-44
  4.4 三元共晶组织各相形貌及生长机制  44-47
  4.5 各相体积分数随下拉速度的变化  47-50
  4.6 本章小结  50-51
第5章定向凝固对 Al-Si-Mg 合金性能的影响  51-59
  5.1 硬度测试  51-53
    5.1.1 相同下拉速度下不同相组织的显微硬度  51-52
    5.1.2 不同下拉速度下材料的宏观硬度  52-53
  5.2 定向凝固对材料抗拉伸性能的影响  53-54
  5.3 拉伸断口扫描分析  54-57
  5.4 本章小结  57-59
结论  59-60
参考文献  60-64
攻读硕士期间承担的科研任务与主要成果  64-65
致谢  65-66
作者简介  66

Al-Si-Mg三元近共晶合金定向凝固组织与形成

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