Mg2Si/AM60B复合材料的复合变质及在部分重熔过程中的组织演变

摘要

Si是Mg-Al系和Mg-Zn系镁合金常用的合金化元素之一,Mg-Al-Si系合金是历史最悠久的耐热镁合金之一。Si在Mg中几乎不固溶,其固溶度为0.0003％。但是Si与Mg能原位反应生成Mg2Si相,Mg2Si具有熔点高、密度低、硬度高和热膨胀系数低等优点,是镁合金较理想的增强相。同时,采用原位反应获得自生增强相的自生复合材料,由于增强相在基体内原位反应生成,具有界面洁净无污染,热稳定性好,与基体相容性好,制造成本低等优点,是金属基复合材料的一个重要发展方向。但是采用原位自生法获得的Mg2Si相呈粗大汉字状,极大的割裂了基体组织,严重降低了合金的室温性能。
　　 本文以Mg2Si/AM60B镁基复合材料为研究对象,研究了MgCO3、Sr对的Mg2Si/AM60B镁基复合材料的复合变质工艺,并研究了对其显微组织及力学性能的影响。同时,对复合变质后的复合材料进行了部分重熔实验,对部分重熔过程中的组织演变进行了分析。研究结果表明：在AM60B镁合金中加入Al-Si中间合金可获得原位自生Mg2Si增强相的镁基复合材料。随着Si含量的增加,Mg2Si数量增多,其树枝晶形貌也越发达。在790℃加入0.5％Sr后保温30min对Si含量为2.0％的Mg2Si/AM60B镁基复合材料中的Mg2Si相具有较好的变质效果,Mg2Si相形貌由粗大的树枝状或汉字状转为细小的多角形块状。在Sr变质的基础上,再经1.2％的MgCO3在790℃保温10min进行复合变质处理,使基体晶粒的的平均尺寸由260μm减小到80μm左右,复合变质效果较好。经Sr和MgCO3复合变质后的Mg2Si/AM60B镁基复合材料在经过半固态等温热处理后可获得适合触变成形所需的半固态锭料。在复合材料的部分重熔过程中,Mg2Si相的变化过程较为简单。由带尖角的多边形状变颗粒为边界较圆整光滑的形状,最后大部分变为类球状;而复合材料的基体组织演变过程则可分为以下几个阶段:枝晶间共晶组织的溶解而导致的初期快速粗化阶段、剩余共晶组织的熔化而引起的组织分离阶段、初生固相颗粒部分熔化所引起的球状化阶段以及最后因合并和Ostwald熟化而引起的粗化阶段。此外,复合材料的铸态基体组织的细化效果越好,则其半固态基体组织就越细小圆整,半固态组织的质量也就越高。因此要想获得高质量的半固态组织,对基体进行尽可能好的细化是很有必要的。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 镁合金概况

1.1.1 镁合金特点及应用

1.1.2 镁合金成形技术

1.2 镁合金研究现状及存在问题

1.3 Mg-Al-Si系耐热镁合金及其研究进展

1.4 原位镁基复合材料的研究进展

1.4.1 自蔓延高温合成法(SHS)

1.4.2 放热反应法(XD)

1.4.3 直接反应合成法(DRS)

1.4.4 反应自发浸渗法(RSI)

1.4.5 机械合金化法(MA)

1.4.6 熔盐辅助合成法(FAS)

1.4.7 原位合成技术的发展前景

1.5 原位Mg2Si/AM60B镁基复合材料的复合变质

1.5.1 镁合金晶粒细化技术

1.5.2 碳质材料变质处理法

1.5.3 镁基复合材料中Mg2Si的细化

1.6 镁合金半固态成形

1.7 半固态成形的制浆方法

1.7.1 机械搅拌法

1.7.2 电磁搅拌法

1.7.3 变形诱变激活方法

1.7.4 低过热度浇注方法

1.7.5 晶粒细化及半固态重熔法

1.7.6 粉末冶金法

1.7.7 喷射沉积方法

1.7.8 超声振动方法

1.7.9 倾斜板浇注法

1.8 镁合金部分重熔过程中组织演变的研究现状

1.8.1 半固态等温热处理前合金原始组织的影响

1.8.2 半固态等温温度和等温时间的影响

1.8.3 加热速率的影响

1.9 本文研究内容:

第二章 Mg2Si/AM60B复合材料变质工艺及力学性能的研究

2.1 引言

2.2 实验方法

2.2.1 实验材料与方法

2.2.2 合金力学性能测试

2.2.3 固溶处理

2.3 试验结果与分析

2.3.1 经MgCO3和Sr复合变质后的Mg2Si/AM60B复合材料的组织与相组成

2.3.2 复合材料中Mg2Si的形成过程

2.3.3 Si含量对Mg2Si/AM60B复合材料的影响

2.3.6 Sr的加入量对AM60B-2.0%Si镁基复合材料中Mg2Si相的影响

2.3.7 sr的添加温度对AM60B-2.0%Si镁基复合材料中Mg2Si相的影响

2.3.8 Sr加入后的不同保温时间对复合材料中Mg2Si相的影响

2.3.9 不同浇铸温度对复合材料中Mg2Si相的影响

2.3.10 不同模具尺寸对复合材料的影响

2.3.11 MgCO3及Sr对过共晶AM60B-2.0%Si合金的复合变质

2.3.12 复合材料铸态拉伸断口及力学性能分析

2.3.13 原位自生Mg2Si/AM60B复合材料的强化机制探讨

2.4 本章小结:

第三章 Mg2Si/AM60B复合材料的部分重熔过程中的组织演变

3.1 引言

3.2 实验方法

3.2.1 部分重熔实验

3.2.2 试样组织观察和分析

3.3 结果分析与讨论

3.3.1 加热温度对复合变质后复合材料组织的影响

3.3.2 加热时间对复合材料组织的影响

3.3.3 复合材料在部分重熔过程中短时间的组织变化

3.3.4 部分重熔过程的基体组织相变分析

3.3.5 复合材料中Mg2Si相在部分重熔过程中的组织演变

3.3.6 原始组织对半固态组织的影响

3.3.7 经1.2%MgCO3细化的AM60B合金在部分重熔过程中的组织演变

3.3.8 细化后部分重熔过程中短时间组织的变化

3.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文