镁合金熔体负压净化及其对性能的影响

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	镁合金熔体负压净化及其对性能的影响
	王杰
学位类型	博士
导师	杨院生 ; 童文辉
	2011
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	北京
学位专业	材料加工工程
关键词	镁合金夹杂净化处理力学性能腐蚀速率 Magnesium Alloy Inclusion Purification Treatment Mechanical Properties Corrosion Rate
摘要	"镁合金由于具有低密度、高比强度及比刚度、优良的阻尼性能，在航空工业、汽车工业和电子通讯工业中具有巨大的应用潜力。但是，由于镁及镁合金化学性质活泼，熔炼过程中容易发生氧化，致使镁合金中混有许多夹杂物，使其品质较差并影响到力学性能和抗腐蚀性能。随着镁合金工业的快速发展，对镁合金的质量和性能要求越来越高，因此研究高效实用的去除夹杂方法，对提高镁合金质量具有重要意义。本文研究了稀土镁合金Mg-Gd-Y-Zr合金和AZ系镁合金（AZ31，AZ80，AZ91合金）中夹杂的种类、存在状态、尺寸分布和体积分数，以及夹杂存在对合金成分分布、组织形貌的影响；研究了不同净化方法以及净化效果，重点研究了负压净化工艺及工艺参数对净化效果的影响；实验研究了夹杂尺寸和体积分数对合金力学性能和耐腐蚀性能的影响规律，并分析了夹杂对合金性能的影响机理。主要研究结果如下：对稀土镁合金（Mg-Gd-Y-Zr合金）和AZ系镁合金（AZ31、AZ80和AZ91合金）中存在的夹杂分析表明，Mg-Gd-Y-Zr合金中存在熔剂夹杂和Mg、Gd、Y的氧化物夹杂，同时存在含Zr的金属化合物夹杂，并且合金元素Y、Zr和Gd在夹杂处偏聚。AZ系镁合金（AZ31、AZ80和AZ91合金）存在的夹杂主要是MgO为主的氧化夹杂和熔剂夹杂。AZ系镁合金中的夹杂造成Mg、Al元素在夹杂处的分布不均匀，夹杂的存在还改变了合金中Mn元素的分布。实验发现了镁合金中的夹杂对合金组织形貌的影响。在Mg-Gd-Y-Zr合金中，形核质点Zr颗粒被条状夹杂包围，致使条状夹杂包围区域内晶粒异常长大；合金中Zr颗粒密度比镁合金熔体密度大，在沉降过程中聚集在夹杂形成的弧形区域中，形核质点增多使得区域内部晶粒细化。在AZ系镁合金中，Al-Mn相在条状夹杂与夹杂聚集处产生富集现象。研发了镁合金熔体负压净化工艺，优化并确定了净化温度、过滤介质孔径以及负压值等工艺参数。经过负压净化处理后，Mg-Gd-Y-Zr合金中的夹杂平均尺寸由12.7mm减小到2.0mm，夹杂平均体积分数由0.26%减小到0.04%；AZ31合金中夹杂平均尺寸由25.0mm减小到2.2mm，夹杂平均体积分数由0.4%减小到0.03%；AZ80合金中夹杂平均尺寸和体积分数分别由16.1mm和0.06%，减小到了3.4mm和0.02%；AZ91合金中夹杂物平均尺寸由10.8mm减小到2.0mm，夹杂平均体积分数由0.32%减小到0.05%。分析了夹杂对镁合金性能的影响，并给出了夹杂对合金性能影响的判据。Mg-Gd-Y-Zr合金净化处理后，抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提高了17.5%、6.8%和111.8%；AZ31合金净化处理后，抗拉强度、屈服强度和延伸率分别提高了60.8%、12.4%和217.2%；AZ80合金净化后，抗拉强度、屈服强度和延伸率分别提高了28.8%、3.7%和112.5%；AZ91合金净化后，抗拉强度、屈服强度和延伸率分别提高了20.3%、10.1%和81.8%。与此同时，Mg-Gd-Y-Zr合金的腐蚀速率从未净化时的38.8g∙m-2∙d-1减小到了2.5g∙m-2∙d-1；AZ31合金的腐蚀速率从未净化时的3.5g∙m-2∙d-1减小到了0.3g∙m-2∙d-1；AZ80合金的腐蚀速率从未净化时的1.9g∙m-2∙d-1减小到了0.5g∙m-2∙d-1；AZ91合金的腐蚀速率从未净化时的2.4g∙m-2∙d-1减小到了0.2g∙m-2∙d-1。根据实验结果提出了夹杂影响合金性能的判据：Mg-Gd-Y-Zr合金中夹杂临界平均尺寸为4.0mm，夹杂临界平均体积分数为0.05%；AZ系合金夹杂临界平均尺寸为3.0mm，临界平均体积分数为0.03%。夹杂对镁合金性能的影响机制是由于夹杂破坏了合金基体的连续性，拉伸过程中夹杂存在的位置产生应力集中，易于成为裂纹源。夹杂在镁合金腐蚀过程充当有效的阴极作用形成了电偶腐蚀，AZ系镁合金中Al-Mn相在夹杂附近的聚集也加速了合金的腐蚀。"
其他摘要	"With low density, relatively high specific strength, high specific rigidity and good damping capacity, magnesium alloys have great potential in most of the industry fields, such as aerospace, automobile, and electronics. However, oxidation often occurs during melting of magnesium alloys due to the active chemical properties of the alloys. Consequently, lots of inclusions will be formed and engulfed into magnesium alloys, which can impair the properties of the alloys. In order to improve the mechanical properties and corrosion-resistance of magnesium alloys, it is imperative to develop effective methods to reduce or remove the inclusions from magnesium alloys. This dissertation focuses on the inclusions in Mg-Gd-Y-Zr and AZ alloys including the type, morphology, size distribution and volume fraction of the inclusions. The effect of the inclusions on element distribution and microstructure characteristic of the magnesium alloys were examined in details. Different purification methods were performed and the purification effect was discussed. Especially, a new technique to removing inclusions, the negative pressure purification treatment, was developed and the effect of process parameters on purification efficiency was analyzed. The effect of the inclusions on the mechanical and corrosion properties of the alloys was examined and the mechanism of the effect of inclusions on properties of magnesium alloys is discussed. The main results are as follows: Analysis results show that flux-inclusion, oxide inclusion and inclusion containing Zr exist in Mg-Gd-Y-Zr alloys. The inclusions have different morphologies, such as spot-type, massive, line-type and cluster-type. The Y, Zr and Gd elements segregate at the inclusion boundary. Flux-inclusion and oxide inclusion are also the main inclusions in AZ series magnesium alloys. These inclusions influence the distribution of Mg and Al elements. Moreover, the inclusions lead to the segregation of Mn element."
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/64300
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	王杰. 镁合金熔体负压净化及其对性能的影响[D]. 北京. 中国科学院金属研究所,2011.