Al-Ti-B细化Mg-20Al-0.8Zn镁合金及其半固态触变压铸研究

摘要

镁合金具有质量轻、比强度高和比刚度高，同时又具有导热性好、电磁屏蔽性好、减震性能好和可以回收利用等特点，满足了汽车工业减重、节能、环保以及通讯电子器件高度集成化和轻薄小型化的要求。作为工程结构材料，镁合金必将受到越来越广泛应用。所以，关于镁合金开发及其成型工艺的研究将对实际应用产生一定的指导意义。 本文选择了亚共晶范围内的镁铝合金，选定其含铝量分别为15％和20％，该成分合金满足半固态加工所需合金的基本特点。对该合金的制备、细化、触变成型所需半固态浆料（坯料）的制备以及触变成型工艺和触变压铸件热处理进行了系统的研究，研究结果对镁合金的进一步应用具有一定的指导意义。 实验利用异质形核原理对铸态镁合金进行了细化研究，结果证明：所用中间合金Al—Ti—B能在该合金中形成高温TiB2和AlB2相，这些颗粒都是密排六方结构，它们的晶格结构与α—Mg相同，点阵错配度小，界面具有共格关系，可作为合金在凝固过程中的非均质形核核心，起到异质形核细化晶粒的作用。 对细化后的镁合金半固念等温处理工艺及等温处理过程中的组织演变进行了研究，对该合金不同直径坯料的在等温处理过程中的升温曲线及保温时间与组织的关系进行了研究。结果表明：经中间合金Al—Ti—B合金化后，等温处理组织中固相球化速率加快，而长大速率相对于合金化之前明显减慢；不同直径坯料等温处理时，中心温度达到设定温度后保温20min时，球化效果最佳；等温处理过程处于同液平衡状态，低熔点共晶组织（α+Mg17Al12）先形成熔化的诱导液相，并促使固相向球状转变。 通过等温处理得到了适合半固态触变成型所需的坯料，选择了三组效果较好的等温处理工艺，进而研究了等温处理工艺及压铸工艺参数对触变压铸件机械性能的影响。采用正交实验方案，先固定压铸速度为3m/s，考察了等温处理工艺对合金机械性能的影响，得出最佳工艺，进而研究了压铸速度对合金机械性能的影响。最终结果为：当等温处理工艺为460℃，160min，压铸速度为2m/s时，压铸件综合机械性能较高，为：抗拉强度190Mpa和延伸率3．5％。实验表明：当半固态浆料固相较高时，粘度增加，流动性就降低，不利于补缩，这可能导致浇不足、冷隔、热裂等缺陷；同时，由于粘度值大，金属液中的气体排出速度降低，这将增加缩孔或缩松数量，所以，合金的机械性能较差。当半固态浆料液相较高时，虽然合金的流动性有所提高，但是由于较高的液相率，使得合金在凝固过程中的收缩更为明显，这可能导致产生更多缩松，对合金的性能也是不利的。 该合金中铝的溶解度随温度变化较为明显，为此，对力学性能较好的试样进行了热处理，经热热处理后，合金的抗拉强度从190Mpa提高到205Mpa，延伸率从3．5％提高到5．5％。在410℃固溶后进行淬火，淬火获得的过饱和固溶体处于不平衡状态，因而有发生分解和析出过剩溶质（呈第二相形式析出）的自发趋势，但由于室温温度较低，一般只能完成析出的初级阶段；在180℃，时效8小时产生不连续析出与连续析出，析出相弥散分布，能起到强化作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1镁合金的特点及其在工业中的应用

1.1.1镁及镁合金的特点

1.1.2镁合金在工业中的应用

1.2半固态成型技术的国内外研究进展

1.2.1半固态坯料(浆料)的制备

1.2.2半固态成型工艺

1.3镁的合金化及热处理

1.3.1主要合金元素及其作用

1.3.2镁合金热处理的主要类型

1.4本课题的研究内容及技术路线

1.4.1实验内容与技术路线

1.4.2实验所用设备及测试手段

第二章合金的细化及半固态非枝晶组织的制备

2.1合金的细化及锭料的制备

2.1.1合金配制

2.1.2组织观察及细化结果分析

2.1.3结论

2.2等温处理法制备半固态坯料

2.2.1等温处理工艺的制定及实验过程

2.2.2组织演变及组织观察

2.2.3不同直径锭料的等温处理

2.3本章小结

第三章半固态触变压铸

3.1压铸件结构及模具设计

3.1.1压铸件尺寸设计

3.1.2压铸件结构分布

3.1.3压铸所用模具设计

3.1.4压铸所用压室

3.2实验材料

3.3实验方案

3.3.1压铸过程

3.3.2压铸工艺参数

3.4结果分析

3.4.1等温处理工艺及压铸工艺对压铸件性能的影响

3.4.2触变压铸对压铸件组织的影响

3.4.3压铸件缺陷分析

3.4.4断口分析

3.5压铸件热处理原理

3.5.1压铸件热处理工艺

3.5.2热处理对压铸件组织的影响

3.5.3热处理对压铸件性能的影响

3.5.4结论

3.6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