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高压凝固AlMg二元合金组织热稳定性与力学性能

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摘要:本论文对Al-20wt.%、Al-30wt.%以及Al-40wt.%合金在不同压力下的凝固了研究,凝固压力分别为常压、1GPa、2GPa以及3GPa。探讨了Al-Mg二元合金在不同压力下的凝固组织和物相演变规律,对高压凝固后Al-Mg合金的热稳定性了深入研究,分析了凝固压力对高镁Al-Mg二元合金力学性能的影响及机理。凝固压力对Al-Mg合金凝固组织以及物相组成的影响研究:凝固压力的增加,Al-20Mg合金中脆性金属间化合物β相的体积分数减少,当凝固压力增加到2GPa以及更高时,Al-20Mg合金转变为大块的Al(Mg)过饱和固溶体。但是过饱和固溶体中Mg元素的分布不均匀,枝晶内的Mg元素含量较低,枝晶间的Mg元素含量较高。Al-30Mg以及Al-40Mg合金在高压凝固条件下β相不能形成,其物相均由Al(Mg)固溶体以及γ相构成。在3GPa压力下凝固时,合金组织是以初生Al(Mg)固溶体为基体,由Al(Mg)固溶体以及γ相组成的共晶组织分布在枝晶间。凝固压力的增加,Al-30Mg以及Al-40Mg合金的Al(Mg)固溶体与γ相共晶组织形貌发生了很大的变化。在1GPa压力下凝固后合金中的共晶组织均是不规则共晶组织,而在3GPa压力下凝固后转变为层片状共晶组织,由凝固动力学以及热力学因素所共同决定的。凝固压力对Al(Mg)固溶体中Mg元素的固溶度的影响研究:凝固压力可以的增加Mg元素在Al(Mg)固溶体中的固溶度,Al-20Mg合金可以形成大块的Al(Mg)固溶体,了一种新的制备大块Al(Mg)过饱和固溶体的方法。Al-40wt.%Mg(Al-42.2at.%Mg)合金在3GPa压力下凝固时Al(Mg)固溶体中Mg元素的固溶度可以增加到41.6at.%,而在常压室温条件下其平衡固溶度不足1at.%。高压凝固之后所的Al(Mg)固溶体是不稳定的,在加热中会向着稳定的方向转变。研究发现在Al(Mg)固溶体加热中形成了富Mg元素的γ相。当延长时效时间升高温度时,γ相内部的Mg原子会向周围的Al(Mg)固溶体扩散,导致其Mg元素成分降低,γ相会转变成稳定的β相。高压凝固制备的Al(20Mg)过饱和固溶体中在加热中富Mg固溶体容易形成沉淀相,Mg含量较少的固溶体相对不容易析出沉淀相,从而使沉淀相的析出是以一种不均匀的方式完成的。时效中β相的形貌会经过一系列的转变:粒状→长条状→团絮状→块状。高压凝固对Al-Mg合金力学性能影响研究:高压凝固后Al-Mg合金中的金属间化合物体积分数减少,Al(Mg)固溶体体积分数增加,提高了合金的拉伸性能。Al-20Mg在常压下凝固为脆性,断裂方式为典型的解理断裂,在2GPa以及3GPa压力下转变为塑性,断裂方式为典型的韧性断裂,延伸率可达到11%,同时强度也有提高,3GPa压力下凝固的抗拉强度是常压下的8.0倍。凝固压力的增加,Al-30Mg及Al-40Mg合金强度提高, 3GPa压力下凝固后其抗拉强度分别是常压凝固的14.3倍以及11.2倍。Al-30Mg合金的断裂方式由解理断裂向准解理断裂转变。Al-40Mg合金在3GPa压力下凝固之后的Al(Mg)过饱和固溶体基体的断裂方式是解理断裂,其原因是Mg原子过多导致的Mg原子偏聚区域增多。关键词:Al-Mg二元合金论文高压凝固论文组织演变论文物相组成论文热稳定性论文力学性能论文

    摘要4-6

    Abstract6-14

    第1章 绪论14-34

    1.1 课题背景和研究14-15

    1.2 高压技术简介15-17

    1.3 高压技术在科学中的应用现状17-20

    1.4 高压凝固参数的研究现状20-24

    1.4.1 压力对金属热物理性质的影响20

    1.4.2 高压对合金相图的影响20-22

    1.4.3 高压对凝固参数的影响22-24

    1.5 高压对合金凝固组织以及相组成影响24-31

    1.6 Al-Mg合金概述31-33

    1.7 本论文研究内容33-34

    第2章 实验与实验方法34-39

    2.1 实验34

    2.2 高压凝固实验34-36

    2.2.1 高压凝固实验35

    2.2.2 高压凝固实验中冷却速率测定35-36

    2.3 高压凝固合金的测试分析方法36-39

    2.3.1 显微组织观察36

    2.3.2 物相分析36-37

    2.3.3 相变温度测定37

    2.3.4 热处理37

    2.3.5 显微硬度测试37

    2.3.6 拉伸性能测试37-39

    第3章 Al-Mg合金高压凝固组织及物相演变39-80

    3.1 引言39

    3.2 高压凝固制备Al(20Mg)大块过饱和固溶体39-44

    3.3 凝固压力对Al-30Mg合金物相组成与组织的影响44-49

    3.3.1 不同压力凝固的物相组成44-45

    3.3.2 压力对凝固组织的影响45-47

    3.3.3 凝固压力对Mg元素固溶度的影响47-49

    3.4 凝固压力对Al-40Mg合金物相组成与凝固组织的影响49-56

    3.4.1 不同凝固压力下的物相组成49-50

    3.4.2 压力对合金凝固组织的影响50-53

    3.4.3 凝固压力对Mg元素固溶度的影响53-54

    3.4.4 凝固压力对γ相组成的影响54-56

    3.5 凝固压力对Mg固溶度的影响56-60

    3.6 高压下凝固Al-Mg合金物相与共晶组织形成机理60-79

    3.6.1 高压凝固中的物相形成机理61-63

    3.6.2 大块Al(Mg)过饱和固溶体的形成机理63-66

    3.6.3 凝固压力对共晶组织形貌影响机理66-75

    3.6.4 凝固压力对固液界面稳定性的影响75-79

    3.7 小结79-80

    第4章 Al-Mg合金高压凝固组织热稳定性80-113

    4.1 引言80

    4.2 Al(20Mg)过饱和固溶体的热稳定性研究80-97

    4.2.1 固溶体析出物相以及组织演变81-86

    4.2.2 Al(20Mg)固溶体的不均匀沉淀析出研究86-97

    4.3 Al-30Mg合金高压凝固组织的热稳定性研究97-102

    4.4 Al-Mg金属间化合物的高压凝固组织热稳定性研究102-107

    4.5 Al-Mg合金高压凝固组织热稳定性机理讨论107-111

    4.5.1 高压凝固制备的Al(Mg)固溶体的析出相结构107-109

    4.5.2 高压凝固Al(Mg)固溶体的析出相转变109-111

    4.6 小结111-113

    第5章 高压凝固对Al-Mg合金力学性能的影响113-129

    5.1 引言113

    5.2 Al-Mg合金在不同压力下凝固的维氏硬度113-114

    5.3 凝固压力对Al-Mg合金拉伸性能的影响114-116

    5.4 Al-Mg合金及Al(Mg)固溶体的拉伸断口分析116-121

    5.4.1 Al-Mg合金不同压力凝固下的拉伸断口分析117-119

    5.4.2 Mg元素固溶度不同的Al(Mg)固溶体的断口分析119-121

    5.5 高压凝固Al-Mg合金的力学机理121-128

    5.5.1 高压凝固Al-Mg合金强化机理121-127

    5.5.2 Al(Mg)固溶体的动态应变时效127-128

    5.6 小结128-129

    129-131

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