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Mg-6Zn-1Y合金高压凝固组织及相演变

作　者: 焦世辉
导　师: 林小娉
学　校: 东北大学
专　业: 材料学
关键词: 超高压 Mg-6Zn-1Y合金凝固组织凝固过程枝晶偏析
分类号: TG292
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

压力达到GPa数量级时可以改变合金凝固过程的热力学和动力学条件,使得合金最终的组织形态和相分布都与常压下完全不同,甚至可以改变常规条件下的相变顺序,从而有利于一些新相或新材料结构的生成。本文采用质量分数93%Mg,6%Zn,1%Y(wt)的经过扩散退火的铸造合金为母材,利用CS-1B型高压六面顶压机对Mg-6Zn-1Y合金试样进行超高压力下的凝固试验。利用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜并配合能谱(EDS)等分析手段,研究了超高压凝固下Mg-6Zn-1Y合金的晶体形态和相演变。实验结果表明：超高压下Mg-6Zn-1Y合金的凝固组织发生显著细化,二次枝晶间距由常压下的41μm减小到8-11μm;2-6GPa超高压下凝固,随着凝固压力的增大,a-Mg晶体形态由常压下的粗大等轴树枝晶→超细等轴树枝晶→柱状树枝晶→胞状“树枝”晶,固/液界面趋于稳定。在2-4GPa下凝固时,a-Mg晶体枝晶内存在严重的枝晶偏析,偏析比分别为8.33和7.53；6GPa下,胞状界面存在偏析,但晶内偏析程度大幅下降,溶质原子分布趋向均匀化。常压下实验合金的凝固组织由a-Mg相,I-Mg3YZn6相和S-Mg12YZn相三相组成。在GPa级超高压下凝固时,不但从液相中直接结晶出a-Mg相,还从液相中结晶出S-Mg12ZnY相,结晶出的S-Mg12ZnY相在随后的凝固过程中生长成“花瓣”状或“条形”；此外,在超高下的凝固组织中还发现有呈粒状生长的高Y含量的Mg-Zn-Y三元相；故高压下Mg-6Zn-1Y合金的室温凝固组织由a-Mg相,I-Mg3Zn6Y, S-Mg12ZnY相和高Y含量Mg-Zn-Y新相4相组成。XRD分析显示,高压凝固导致a-Mg相衍射峰向右偏移,a-Mg相的晶格指数a和c分别由常压下的0.32112nm和0.52488nm减小到6GPa下的0.31938nm和0.51747nm。常压下Mg-6Zn-1Y合金的显微硬度为59HV,高压下的硬度可以达到85HV(6GPa),与常压相比升高了44%。同时,高压下热膨胀系数升高,但弹性模量由常压下的68.2GPa减小到6GPa下的58.6GPa。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-27
  1.1 引言  11
  1.2 高压科学与技术  11-16
    1.2.1 高压技术的发展  11-12
    1.2.2 高压科学的研究意义  12-13
    1.2.3 高压技术的主要应用  13-14
    1.2.4 高压在材料学中的应用  14-16
  1.3 凝固基本理论  16-19
    1.3.1 凝固的热力学条件  16-17
    1.3.2 凝固基本过程  17
    1.3.3 界面生长方式  17-19
  1.4 高压作用下合金的凝固  19-23
    1.4.1 压力对合金熔点的影响  19-20
    1.4.2 压力对合金熔体粘度和扩散的影响  20-21
    1.4.3 压力对合金形核速率和生长速率的影响  21-22
    1.4.4 压力对晶粒度的影响  22
    1.4.5 压力对合金相图得影响  22-23
  1.5 镁及镁合金的合金化  23-26
    1.5.1 镁及镁合金的性质  23-24
    1.5.2 Mg-Zn二元合金  24-25
    1.5.3 Mg-Zn-Y三元合金  25-26
  1.6 本课题研究内容  26-27
第2章实验过程及方法  27-33
  2.1 实验材料  27
  2.2 实验设备  27-28
    2.2.1 熔炼设备  27
    2.2.2 高压设备  27-28
  2.3 熔炼过程  28-29
  2.4 高压凝固实验过程  29-30
  2.5 高压凝固合金的测试分析方法  30-32
    2.5.1 显微组织观察  30
    2.5.2 物相分析  30-31
    2.5.4 相变温度测定  31
    2.5.5 性能测试  31-32
  2.6 实验技术路线  32-33
第3章高压对Mg-6Zn-1Y合金晶体形态的影响  33-45
  3.1 高压对Mg-6Zn-1Y合金中α-Mg晶体形态的影响  33-37
    3.1.1 常压下Mg-6Zn-1Y合金中α-Mg晶体形态  33
    3.1.2 高压下Mg-6Zn-1Y合金中α-Mg晶体形态  33-37
  3.2 高压对α-Mg二次枝晶间距的影响  37-38
  3.3 高压对溶质元素偏析的影响  38-43
  3.4 本章小结  43-45
第4章高压-下Mg-6Zn-1Y合金相组成及凝固过程分析  45-61
  4.1 高压对Mg-6Zn-1Y合金相组成的影响  45-49
    4.1.1 常压下Mg-6Zn-1Y合金的相组成  45-46
    4.1.2 高压下Mg-6Zn-1Y合金的相组成  46-49
  4.2 高压对Mg-6Zn-1Y合金晶体结构的影响  49-53
    4.2.1 不同压力下Mg-6Zn-1Y合金晶面间距的变化  49-52
    4.2.2 不同压力下Mg-6Zn-1Y合金晶格指数的变化  52-53
  4.3 Mg-6Zn-1Y合金凝固过程分析  53-60
    4.3.1 平衡状态下Mg-6Zn-1Y合金凝固过程  53-55
    4.3.2 Mg-6Zn-1Y合金常压及高压下的差热分析  55-58
    4.3.3 高压下Mg-6Zn-1Y合金凝固过程  58-60
  4.4 本章小结  60-61
第5章高压对Mg-6Zn-1Y合金性能的影响  61-67
  5.1 高压对Mg-6Zn-1Y合金硬度的影响  61-62
  5.2 高压对Mg-6Zn-1Y合金热膨胀系数的影响  62-64
  5.3 高压对Mg-6Zn-1Y合金弹性模量的影响  64-65
  5.4 本章小结  65-67
结论  67-69
参考文献  69-74
致谢  74

Mg-6Zn-1Y合金高压凝固组织及相演变

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