脉冲磁场作用下镁合金的凝固组织细化研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 汪彬 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-04-01 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 杨院生 |
| 关键词 | 脉冲磁场 晶粒细化 计算模拟 纯镁 镁合金 凝固 组织 力学性能 |
| 其他题名 | Research on the Refinement of Solidified Structure of Magnesium Alloys by Pulsed Magnetic Field |
| 学位专业 | 材料加工工程 |
| 中文摘要 | 镁合金是目前广泛应用的工程结构材料中重量最轻、比强度最高的金属材料，近年来在航空工业、汽车工业和电子通讯工业中得到了广泛的应用。镁合金的凝固组织细化能够有效的改善合金的力学性能。近年来，在金属凝固过程中施加脉冲磁场作为一种控制材料凝固组织和性能的有效方法，得到了快速发展。本文研究了纯镁、AZ91D、AZ31和Mg-Gd-Y-Zr合金在未加和外加脉冲磁场条件下的凝固组织、晶粒尺寸、溶质元素分布、冷却曲线与力学性能，并对脉冲磁场进行数值模拟，对凝固组织细化和演变规律进行了探讨，研究结果如下： 采用ANSYS有限元软件对脉冲磁场进行电路-磁场-流场耦合模拟，并对影响脉冲磁场的电路参数进行分析，得出了脉冲磁场强度、电磁力和熔体流速随电压与时间的变化规律以及空间分布情况。设计和研制成功脉冲电磁场凝固装置，脉冲电压(U)和脉冲频率(w)分别可在一定范围内变化，产生任意脉磁参数U/w的脉冲电磁场。 在外加脉冲磁场作用下，纯镁及镁合金的凝固组织明显细化。纯镁、AZ91D、AZ31和Mg-Gd-Y-Zr合金的50mm铸锭晶粒分别细化到260m、104m、107m和37m。在外加脉冲磁场作用下，纯镁凝固组织由未加脉冲磁场条件下的完全柱状晶转变为等轴晶；AZ91D合金初生-Mg相的形貌由未加脉冲磁场条件下的树枝状转变为外加脉冲磁场条件下的蔷薇状或近球状；AZ31和Mg-Gd-Y-Zr合金在外加脉冲磁场作用下为细小、均一的等轴晶组织。AZ91D、AZ31、Mg-Gd-Y-Zr合金的的100mm铸锭在外加脉冲磁场作用下细化到110m、109m、47m，具有和50mm铸锭同样明显的凝固组织细化效果。脉冲磁场能够显著减轻铸锭的宏观偏析。最佳脉冲磁场工艺参数为5Hz、200V。 脉冲磁场可以明显改善镁及镁合金的力学性能。在最佳脉冲磁场工艺参数的脉冲磁场处理下，纯镁、AZ91D、AZ31合金的室温压缩强度和压缩应变分别提高到227MPa，362MPa，337MPa和33.2%，20.1%，31.6%。AZ91D、AZ31、Mg-Gd-Y-Zr合金的室温抗拉强度和延伸率分别提高到165.4MPa，181.6MPa，238.3MPa和3.26%，8.9%，1.91%。 脉冲磁场的施加会使合金熔体产生强制对流，从而碎化凝固过程中的粗大枝晶，使得熔体的温度场更为均匀。同时，脉冲磁场产生的磁压力在凝固过程中的固–液界面产生磁致过冷，使形核率增加，粗大树枝晶的生长得到抑制。另外，脉冲磁场产生的焦耳热效应使晶粒细化效果增强，并使枝晶球化。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 111 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17149]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 汪彬. 脉冲磁场作用下镁合金的凝固组织细化研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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