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脉冲磁场控制制备阻燃镁合金的研究

作　者: 涂序荣
导　师: 刘志和；陈乐平；鲁世强
学　校: 南昌航空大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 低压脉冲磁场 ZM5-3%Ca合金 半固态 凝固组织 力学性能
分类号: TG146.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


镁合金作为一种绿色环保合金,近年来在航空工业、汽车工业和电子通讯工业中的应用日益广泛。细化镁合金的凝固组织可以改善镁合金的力学性能,已有的研究结果,利用磁场可以细化合金的凝固组织。本文选用纯Al进行了低压脉冲磁场凝固装置的验证;以ZM5-3%Ca为研究对象,利用自制的低压脉冲磁场装置,研究了磁场下阻燃镁合金的制备工艺、组织及性能,并探讨了脉冲磁场的作用机理。实验结果表明:低压脉冲磁场对改善纯Al和ZM5-3%Ca镁合金的凝固组织有显著的作用。随着脉冲电压、脉冲频率或铸型预热温度的提高,纯Al凝固组织被细化,试样的缩孔深度逐渐减小,等轴晶的比例逐渐增大;低压脉冲磁场可以显著细化ZM5-3%Ca合金的凝固组织;随着脉冲电压,脉冲频率,浇注温度和模具预热温度的提高,合金的晶粒尺寸逐渐减小,初生相逐渐退化,由发达的树枝晶转变成细小的等轴晶或蔷薇状晶体。对于未经磁场处理的试样,晶粒尺寸随着预热温度的升高而增大,纯Al的凝固组织始终为发达的柱状晶,镁合金的凝固组织始终为发达的树枝晶;与直流脉动磁场相比,脉冲磁场对镁合金凝固组织的细化效果更明显。低压脉冲磁场对ZM5-3%Ca镁合金的结晶取向产生了影响。在磁场的作用下,ZM5-3%Ca镁合金原有晶面的择优取向受到了抑制,而ZM5-3%Ca镁合金经过长时间的磁场处理,在新的晶面上形成了择优取向。低压脉冲磁场下制备的镁合金坯料部分重熔后也可以获得初生相为球状或近球状的非枝晶组织半固态合金。脉冲电压、加热温度及等温时间对合金部分重熔过程的组织演化都有影响。经过磁场处理后,ZM5-3%Ca镁合金拉伸试样的屈服强度和抗拉强度均得到了提高,抗拉强度最大可提高15.7%左右,而其塑性没有得到改善。合金的屈服强度和抗拉强度随着脉冲电压和放电频率的增加而逐渐提高。在半固态压缩时,磁场下制备的非枝晶半固态镁合金试样与常规铸造的半固态镁合金试样相比较,具有良好的触变性能和较低的变形抗力,其变形抗力随着变形温度的升高或变形速率的降低而逐渐减小。变形程度、变形温度及变形速率均影响合金的半固态压缩组织。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-22
  1.1 镁合金的特性  9-11
    1.1.1 镁合金的优点  9-10
    1.1.2 镁合金的缺点  10-11
  1.2 镁合金的应用  11-12
  1.3 阻燃镁合金的研究发展概况  12-15
    1.3.1 Ca 合金化阻燃  13
    1.3.2 Be 合金化阻燃  13-14
    1.3.3 稀土的合金化阻燃  14
    1.3.4 Zn 的合金化阻燃  14
    1.3.5 Ba 的合金化阻燃  14-15
  1.4 镁合金凝固组织的控制  15-19
    1.4.1 晶粒细化剂对镁合金凝固组织的影响  15-16
    1.4.2 过热处理对镁合金凝固组织的影响  16
    1.4.3 浇注温度对镁合金凝固组织的影响  16-17
    1.4.4 快速凝固对镁合金凝固组织的影响  17
    1.4.5 机械搅拌对镁合金凝固组织的影响  17
    1.4.6 电磁场对镁合金凝固组织的影响  17-19
  1.5 脉冲磁场对合金凝固组织的影响  19-20
  1.6 本论文研究的目的及意义  20-22
第2章 低压脉冲磁场凝固装置的设计和验证  22-40
  2.1 低压脉冲磁场凝固装置的设计  22-30
    2.1.1 低压脉冲磁场凝固装置的工作原理  22-23
    2.1.2 脉冲电场发生系统  23-30
    2.1.3 磁场作用系统  30
    2.1.4 预热系统  30
  2.2 低压脉冲磁场凝固装置的验证  30-39
    2.2.1 实验方法及过程  31-32
    2.2.2 实验结果与分析  32-39
  2.3 本章小结  39-40
第3章 低压脉冲磁场对ZM5-3% Ca 合金凝固组织的影响  40-56
  3.1 实验方法及过程  40-43
    3.1.1 实验材料  40
    3.1.2 合金熔炼及样品制备  40-41
    3.1.3 实验装置  41
    3.1.4 脉冲磁场凝固工艺  41-42
    3.1.5 凝固组织观察  42-43
    3.1.6 合金结晶取向测量  43
  3.2 实验结果  43-53
    3.2.1 脉冲磁场对ZM5-3% Ca 合金晶粒尺寸的影响  43-46
    3.2.2 脉冲磁场对初生相形貌的影响  46-52
    3.2.3 脉冲磁场下ZM5-3% Ca 镁合金结晶取向的变化  52-53
  3.3 分析与讨论  53-55
    3.3.1 脉冲磁场对合金凝固组织的影响  53-55
    3.3.2 脉冲磁场对合金结晶取向的影响  55
  3.4 本章小结  55-56
第4章 镁合金半固态等温处理过程的组织演化  56-63
  4.1 实验方法与过程  56-57
  4.2 实验结果  57-60
    4.2.1 脉冲电压对半固态微观组织的影响  57-58
    4.2.2 加热温度对半固态微观组织的影响  58-59
    4.2.3 等温时间对半固态微观组织的影响  59-60
  4.3 分析与讨论  60-61
  4.4 本章小结  61-63
第5章 低压脉冲磁场下ZM5-3% Ca 镁合金的力学性能  63-73
  5.1 铸态ZM5-3% Ca 镁合金的力学性能  63-66
    5.1.1 实验方法  63
    5.1.2 实验结果与分析  63-66
  5.2 半固态ZM5-3% Ca 镁合金的流变应力  66-72
    5.2.1 实验方法  67-68
    5.2.2 ZM5-3% Ca 镁合金压缩变形的流变应力  68-72
  5.3 本章小结  72-73
第6章 结论  73-74
参考文献  74-80
攻读硕士期间发表的论文  80-81
致谢  81

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属材料 > 有色金属及其合金 > 轻有色金属及其合金 > 镁
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