al2.5c中間合金的制備及其對az31鎂合金的細化作用研究

1、 碩 士 學(xué) 位 論 文 Al-2.5C 中間合金的制備及其對 中間合金的制備及其對 AZ31 鎂合金的 鎂合金的細化 細化作用 作用研究 研究 The preparation of Al-2.5C master alloy and its refining effect on AZ31 alloy 作 者 姓 名： 趙玉珍 學(xué)科、 專業(yè)： 材料加工工程 學(xué) 號：

2、 21405033 指 導(dǎo) 教 師： 郝海 教授 完 成 日 期： 2017 年 5 月 大連理工大學(xué) Dalian University of Technology 大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 - I - 摘 要 鎂合金是 21 世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ妮p質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，以其質(zhì)輕、高比強度比剛度、優(yōu)良的鑄造性能和電磁屏蔽性能等優(yōu)勢，被廣泛地應(yīng)用到了工業(yè)的多個領(lǐng)域。但是，鎂

3、合金自身的密排六方結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其絕對強度較低、室溫塑性較差，而晶粒細化方法能夠同時提高材料的強度和塑性，是改善鎂合金缺點的最有效方法之一。因此，本文以 AZ31 鎂合金為細化目標，探究了 Al-2.5C 中間合金細化劑的制備及其細化效果。 本文采用粉末冶金法制備了 Al-2.5C 中間合金，并通過 Al-2.5C 中間合金對 AZ31鎂合金的細化實驗研究了細化劑對 AZ31 鎂合金的細化效果及機理。研究結(jié)果表明，中間合金中 Al4C3 顆粒

4、是 α-Mg 晶粒的有效異質(zhì)形核基底。向 AZ31 合金中添加 1.0wt.% Al-2.5C 中間合金，可使其晶粒尺寸從 204μm 降低至 70μm，抗拉強度和伸長率分別從103.91MPa 和 14.95%提高到 143.20MPa 和 23.13%。 本文研究了 Al-2.5C 中間合金中 Al4C3 顆粒的尺寸分布，計算了 Al4C3 顆粒對 AZ31合金的細化效率，并分析了兩者之間的聯(lián)系。研究結(jié)果顯示，Al-2.5C 中間合

5、金中 Al4C3顆粒的尺寸服從對數(shù)正態(tài)分布。不同細化劑添加量時，Al4C3 顆粒對 AZ31 的晶粒細化效率僅為 0.04%-0.75%，這主要是因為細化劑中尺寸較大的顆粒所占比例很小，而大尺寸顆粒更易成為 α-Mg 晶粒的異質(zhì)形核基底。根據(jù)細化效率和顆粒尺寸分布推測，在本文實驗條件下， 對 AZ31 合金具有最佳細化效果的 Al4C3顆粒是尺寸大于 5.0μm 的顆粒。 基于以上實驗結(jié)果，本文通過研究 Al-2.5C 中間合金的制備工

6、藝參數(shù)對其組織及反應(yīng)機理的影響，進一步探索了制備含有大尺寸 Al4C3 顆粒的中間合金的可能性，并對其細化能力進行了驗證。結(jié)果表明，對 Al-2.5C 粉末進行球磨處理，提高燒結(jié)溫度和延長燒結(jié)時間能夠促進 Al4C3 顆粒的粗化。對球磨粉末 800oC 燒結(jié) 1h、1000oC 燒結(jié) 1h 和1000oC 燒結(jié) 2h 后， 中間合金中 Al4C3 顆粒的尺寸分別為 0.18μm-5.82μm、 0.18μm-7.08μm和 0.21μm

7、-7.12μm，其中尺寸大于 5.0μm 的顆粒含量分別為 0.18%、0.84%和 2.38%。這主要是由于球磨處理可以細化 Al 粉和 C 粉，增加兩者的接觸面積，同時可以促進 C 向Al 晶體的固溶，形成 Al（C）固溶體，為 Al-C 反應(yīng)的進行提供優(yōu)異的動力學(xué)條件；提高燒結(jié)溫度和延長燒結(jié)時間可以促進 Al 原子向 C 顆粒表面更加快速深入的擴散，從而加快 Al-C 反應(yīng)速率，促進 Al4C3 顆粒的生成和長大。經(jīng)驗證采用含大尺