Al-Ti-C-O中间合金的制备及其对AZ31镁合金的晶粒细化研究

作     者：李广阳 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郝海

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：AZ31镁合金 反应烧结法 轧铸法 中间合金 晶粒细化 

摘      要：镁合金由于其密度低、比强度高、良好的电磁屏蔽性能、易切削加工等优点进入人们的视野,目前已广泛应用于新能源汽车、3C电子产品、国防和航空航天领域。但镁合金自身的密排六方晶体结构导致其室温下的滑移系较少,所以塑性和韧性不如铝合金。晶粒细化可以同时提升镁合金的强度和塑性,拓宽镁合金的应用范围。因此开发一种适用于镁合金工业生产的晶粒细化剂就显得尤为重要,本研究成功制备出一种Al-Ti-C-O中间合金细化剂,将其加入进AZ31镁合金中实现晶粒细化,结合XRD、OM、SEM及EDS等表征手段初步分析了Al-Ti-C-O中间合金细化剂的合成机理及其对AZ31镁合金的细化机理。具体研究内容如下:(1)使用反应烧结法制备Al-Ti-C-O中间合金细化剂,并探究了不同成分配比、不同球磨处理时间、烧结温度、保温时间对Al-Ti-C-O中间合金细化剂制备的影响。研究表明最佳的工艺参数为:球磨处理0.5 h,烧结温度1000°C,保温时间2 h。结合SEM分析发现该工艺下中间合金中的AlC颗粒相尺寸普遍为微米级(≤5μm),AlO颗粒相则普遍为亚微米级和纳米级(≤1μm)。随着烧结温度的提高,中间合金组织中颗粒相尺寸明显增大。(2)开发出一种新型中间合金细化剂制备工艺“轧铸法,使用“轧铸法制备出相同成分的Al-Ti-C-O中间合金细化剂,并探究了保温温度、保温时间等工艺参数对中间合金细化剂制备的影响。实验表明最佳的工艺参数为:保温温度850°C,保温时间2h。(3)通过AZ31镁合金的晶粒细化实验,发现不同成分比和不同添加量的Al-Ti-C-O中间合金细化剂对AZ31镁合金均有一定的晶粒细化作用。其中在Al-6Ti O-3C细化剂添加量为1 wt.%的情况下,AZ31镁合金的晶粒尺寸从375μm降低至了86μm,细化效率达到了77.1%。抗拉强度、伸长率从118.4 MPa、13.3%提高到了199.7 MPa、25.2%,分别提高了68.7%和89.5%。通过细化剂的抗衰退性研究发现,Al-Ti-C-O中间合金细化剂对AZ31镁合金的细化效果在30 min内有良好的抗衰退性,在保温60 min后细化效果逐渐衰退。细化机理可以概括为:AlO及AlC颗粒相可以充当异质形核基底,促进晶粒细化;Ti Al相通过释放溶质Ti元素促进形成成分过冷,增大熔体过冷度来细化晶粒,同时包晶反应生成的α(Ti)沉淀析出相也可以成为异质形核基底;AlO相弥散分布在合金中,起到钉扎位错、阻碍晶界运动的作用,即第二相强化,显著提高了合金的力学性能。