Al-Ti-C-Gd中间合金对AZ31的细化作用研究

摘要

镁合金密度小，比强度、比刚度高，减震和切削性能好，同时具有导热导电性能强及能回收利用等优点，广泛应用于电子、国防、航空航天等领域。但镁合金滑移系较少，绝对强度和塑性不及铝合金。晶粒细化可同时提高合金的强度和塑性，拓宽镁合金的应用范围。因此，研发与制备一种高效的细化剂对镁合金的发展具有重大意义。此外，镁合金中的变形镁合金比铸造镁合金更具有优良的综合力学性能，应用更加广泛。因此，本论文制备出Al-Ti-C-Gd中间合金细化剂，用于AZ31变形镁合金的改性，并剖析Al-Ti-C-Gd对AZ31细化效果和细化机理的影响。 采用熔体反应法制备了Al-Ti-C-Gd中间合金细化剂，分析了不同Gd含量对中间合金细化剂微观组织的影响。将Al-Ti-C-Gd中间合金应用到AZ31镁合金中，揭示其对AZ31晶粒尺寸的影响，并分析了细化机理。 结果表明，不同Gd含量的Al-Ti-C-Gd中间合金细化剂对AZ31均具有较好的细化效果，其中Al-3.3Ti-1.9C-2.8Gd的细化效果最显著。1.5%Al-3.3Ti-1.9C-2.8Gd细化剂能将合金的平均晶粒尺寸从393μm细化到92μm，细化效率达76.6%。细化后AZ31合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别从43.5MPa、128.25MPa、7.9％提高到63MPa、205.45MPa、16.05％。此外，细化前后AZ31合金轧制态晶粒尺寸也有明显变化。轧制后AZ31原始平均晶粒尺寸约30μm，添加1%和1.5%的Al-3.3Ti-1.9C-2.8Gd中间合金后，轧制态AZ31平均晶粒尺寸分别为26μm和19μm，织构也发生了轻微的弱化。晶粒细化对轧制态AZ31的力学性能也有影响，添加1.5％Al-3.3Ti-1.9C-2.8Gd后，轧制态AZ31的抗拉强度从217.5MPa升高到278MPa，屈服强度从144.1MPa升高到201MPa，伸长率从8.5％提高到了13.95%。Al-Ti-C-Gd中间合金细化剂对AZ31合金晶粒细化效率显著的主要原因是TiC颗粒的异质形核作用、Al-Gd金属间化合物对α-Mg晶粒生长的限制作用、TiC颗粒团聚集在α-Mg晶界处形成溶质过冷层以及含Al、Gd、Ti等元素的颗粒团聚集在α-Mg晶界处使AZ31中β-Mg17Al12相更均匀分布的作用。 研究了添加不同Gd含量Al-Ti-C-Gd中间合金中相组成和微观组织的变化，XRD结果表明，中间合金中都有TiAl3，TiC，Ti2Al20Gd和α-Al相。稀土Gd可促进各元素之间的润湿性，改变TiAl3相的形貌。加入稀土Gd后，中间合金中会产生一种特殊的壳核结构TiAl3/Ti2Al20Gd，且随稀土元素Gd的增加，壳核结构外层的Ti2Al20Gd逐渐变厚，内部的TiAl3相尺寸逐渐变小，这种壳核结构在加入到AZ31后，其特殊结构可逐级释放溶质元素，影响细化作用，提高细化效率。

目录

声明

1 绪论

1.1 镁及镁合金概述

1.1.1 镁的特点

1.1.2 镁合金的性质

1.2 镁合金晶粒细化的意义

1.3 镁合金晶粒细化的方法

1.3.1 不含铝镁合金的晶粒细化

1.3.2 含铝镁合金的晶粒细化

1.4 Al-Ti基晶粒细化剂的发展

1.5 选题依据

1.6 研究内容

2 实验方法

2.1 原材料

2.2 中间合金细化剂的制备

2.3 AZ31镁合金的细化实验

2.3.1 具体熔炼过程

2.3.2 样品的处理

2.4 样品的检测与表征

2.4.1 样品制备

2.4.2 成分和物相分析

2.4.3 微观组织分析

2.4.4 织构分析

2.4.5 力学性能分析

2.5 实验技术路线图

3 Al-Ti-C-Gd中间合金细化剂的制备

3.1 稀土Gd对Al-Ti-C-Gd中间合金相和组织的影响

3.1.1 稀土Gd对Al-Ti-C-Gd中间合金相组成的影响

3.1.2 稀土Gd对Al-Ti-C-Gd中间合金微观组织的影响

3.2 稀土Gd在Al-Ti-C-Gd中间合金中存在形式

3.3 本章小结

4 Al-Ti-C-Gd中间合金对AZ31合金的细化行为研究

4.1 Al-Ti-C-Gd中间合金对AZ31组织的影响

4.2 Al-Ti-C-Gd中间合金对AZ31细化机理的分析

4.3 本章小结

5 Al-Ti-C-Gd中间合金对AZ31合金铸态/轧制态性能的研究

5.1 Al-Ti-C-Gd中间合金对铸态AZ31力学性能的影响

5.2 Al-Ti-C-Gd中间合金对轧制态AZ31的影响

5.2.1 Al-3.3Ti-1.9C-2.8Gd中间合金对轧制态AZ31的微观组织的影响

5.2.1 Al-3.3Ti-1.9C-2.8Gd中间合金对轧制态AZ31力学性能的影响

5.2.2 Al-3.3Ti-1.9C-2.8Gd中间合金对轧制态AZ31织构的影响

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

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