mgal合金熱裂行為研究

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1、海交通人學(xué)博『j學(xué)位論文Mg—AI合金的熱裂行為研究摘要(熱裂是合金鑄造生產(chǎn)中最嚴重的缺陷之一。Mg—Al系鎂合金是工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的鎂合金，其合會鑄件在向著薄壁、復(fù)雜化方向發(fā)展。隨之而來的是熱裂問題的同益突出。熱裂造成了大量鑄件的報廢，并嚴重限制了所設(shè)計鑄件的尺寸和復(fù)雜程度。然而，目前對Mg—A1系合金在鑄造條件下的凝固特性、熱裂形成機理以及合金的熱裂傾向性缺少系統(tǒng)的研究，限制了鎂合余的發(fā)展和應(yīng)用。另外，目前在鑄造凝固過程的數(shù)值模擬中，數(shù)學(xué)模型主要是以平衡相圖為基礎(chǔ)，不考慮過冷問題，顯然這與真實鑄造凝固情況不符，難以滿足對鎂合金的凝固行為進行數(shù)值模擬的要求。寸一本文用

2、自行研制的測試系統(tǒng)，測試研究了Mg．9AI．Zn合金熱裂形成過程中的凝固行為特征；系統(tǒng)研究了不同加入含量的Zn和RE對合金熱裂傾向性、凝固溫度和顯微組織的影響；建立了Mg．A1合金非平衡凝固的微觀凝固模型，研究了鑄造凝固條件下Mg．9AI．Zn系列合會的凝固行為和熱裂形成機理；并對Mg一9A1．Zn—RE四元合金在鑄態(tài)、T4和T6態(tài)的力學(xué)性能和微觀組織進行了研究。(研究的目的是為Mg—A1系合金的進一步丌發(fā)和研究提供理論和實踐依據(jù)，為合金在非平衡條件下凝固行為的計算機數(shù)值模擬提供理論基礎(chǔ)。在大量實驗探索的基礎(chǔ)上，自行開發(fā)設(shè)計了適用于鎂合金的熱裂行為微機測試系統(tǒng)。本系統(tǒng)克

3、服了鎂合金在澆注砂型試樣時易燃易爆的特點，同時并高精度、高靈敏度地記錄合金凝固過程中的溫度、應(yīng)力和收縮信號，為深入研究鎂合金的凝固行為和熱裂形成機理提供了重要的實驗手段。AZ91合金最可能產(chǎn)生熱裂的溫度在實際凝固結(jié)束溫度(本實驗條件下為424．2℃)附近。合金凝固后期，由于共晶反應(yīng)導(dǎo)致出現(xiàn)一個“沖擊收縮”和相應(yīng)的“沖擊應(yīng)力”，而“沖擊應(yīng)力”的出現(xiàn)是AZ91合盒熱裂產(chǎn)生的直接誘發(fā)因素。在砂型鑄造條件下Mg-9A1一Zn—RE系列合金的凝固開始溫度略低于平衡液相線溫度，凝固結(jié)束溫度在Mg．A1合金的共晶溫度附近(略低)。Zn和RE的加入量對合金的凝固丌始溫度沒有明顯影響，但

4、Zn顯著降低了合會的共晶溫度，RE的加入使合盒在凝固初期由于A1lIRE3相的析出而減慢了冷卻速度，但對凝固共晶溫度沒有影響。Zn的加入可明冠增大Mg．9A1合金的熱裂傾阿陛；RE對Mg一9AI的熱裂傾向性影響較小。但當(dāng)Mg．9AI—Zn合金中zn的加入量超過O．8wt％時，R．E的加入可以顯著降低合會的熱裂傾向性。：海交通人學(xué)博l：竄位論立奩繇考察瓣合龕醞糕戲分范困內(nèi)(弘l。2wt％Zn，0--!。6wt％RE)，Zn的期入不會改變Mg-9A1舍會鑄念組織熬期組賊(a喇舀§一Mg；：Al”)，但哿以增加晶爨處§捆的量及其連續(xù)牲。芽且飄容易在B姻內(nèi)賽集。RE在Mg一9A

5、I和Mg．9AI-Zn食金巾主要以AI，，RE；姻形式存在。AI；，R段相璺棒狀，主要分稚在晶糧內(nèi)部，zn在A1I。R融相中也有較高的固溶量。一}7本文在熱力學(xué)基礎(chǔ)上建立了：元臺金非平衡凝固的微觀模型，解決了合會凝固區(qū)間內(nèi)形核的連續(xù)性和晶粒生長的收斂問題。并給出了一個簡單的、可實用化的數(shù)值計算方法，為鑄造凝固過程的計算機模擬提供了熨精確的數(shù)學(xué)模登。戳Mg-9AI合會為例，得融了=元臺命鑄造凝固過程的溫度、閹福分數(shù)、體積變化輔成分偏祈隨辯閽交純的曲線。裰據(jù)鑄造條件下合會靜凝固特點，提崮將二元合會的鑄造凝潮過程劃分為晶糙生長區(qū)、棱晶搭橋送幫共品區(qū)鑫冬穰念，并詳細溱述了不同區(qū)

6、閑戇特鏈t鼯粒生長區(qū)，晶粒在一定豹過冷發(fā)下形按長大，凝爨速度較扶；技晶搓揆區(qū)，毒較大麓國捆分數(shù)，枝器(蠛晶粒)搭殘囂架，凝固速發(fā)減慢，在晶界處形成富會游質(zhì)元素的小熔波或潑膜(溶廈分配系數(shù)k<1)；興晶區(qū)，到達共照成分的液姻發(fā)生共晶反應(yīng)，凝固速度很快，產(chǎn)生大的凝固收縮。通過定量計算得出Mg-9AI-Zn合金在共鼯區(qū)共晶反應(yīng)相的收縮速率是合眾在凝固區(qū)間平均收縮速率的lO倍左右，即在共晶區(qū)內(nèi)產(chǎn)生一個“沖擊收縮”以及相應(yīng)的“沖擊應(yīng)力”，此“沖擊應(yīng)力”是導(dǎo)致合愈熱裂產(chǎn)生的童接誘發(fā)因索。熱裂產(chǎn)生于挾晶區(qū)，并在枝晶搭橋區(qū)得到擴展。數(shù)值模擬結(jié)采與實驗測試情況取得了較好的～致性。{～．通

7、過本模型還對含金中的弄成品核和冷幫速度對凝嘲遙程的影晌進行了討論。(談為，弄質(zhì)醋核等合金靜滴灞角對凝盈過程豹過冷魔有菇著豹影稿，甭異震晶核的燕(表瑟積)對會念凝嗣遘耬的澎確綴奪。奄冷速低子lo'KJs熬糖況下，逶過提褻冷去器速度改善合禽熬鑄造性貔效渠是有限戇。對予王爛錈造鎂會衾瑟言，不假要鴦良好的可成型性能，煎且保證其良好黝力學(xué)性能t媳是必霉的。了，本文對Mg-9AI-Zn-RE系列含愈的鑄念、T4和T6態(tài)常溫力學(xué)性能和微觀組織進彳亍了研究。(RE對鑄念Mg一9hl合金的強度影響很小，0．4wt％RE的加入對T4態(tài)的強度，尤其是抗拉強度的