电磁场耦合SiC对Al-Zn-Mg-Cu和Al-Cu-Mg合金凝固过程、组织及性能影响

作     者：史振宗 

作者单位：大连交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：阎志明

授予年度：2023年

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

主      题：Al-Zn-Mg-Cu合金 Al-Cu-Mg合金 SiC 旋转磁场 脉冲磁场 

摘      要：铝合金密度小、强度高、延展性好、耐蚀性好,广泛用于汽车制造、航空航天、建材建筑等行业。本文研究了旋转磁场耦合SiC对Al-Zn-Mg-Cu合金凝固组织、力学性能的影响,研究了旋转/脉冲磁场对Al-Cu-Mg合金凝固组织、凝固过程的影响。采用金相显微镜、扫描电镜和电子背散射技术对合金的组织结构进行表征,并采用电子万能试验机对合金的力学性能进行了测试。得到如下结论。旋转磁场耦合SiC能细化Al-Zn-Mg-Cu合金晶粒,促进组织中的柱状晶和树枝晶向等轴晶转变。旋转磁场为80 V,改性SiC粉体为0%、0.03%、0.05%时,合金组织晶粒尺寸不断细化,但在0.05%～0.1%过程中晶粒尺寸出现粗化;计算得到SiC与Al之间的二维错配度为7.33%,小于12%,证明了SiC可以作为有效的非均匀形核核心,细化晶粒。旋转磁场可以细化晶粒、均匀温度场,促进树枝晶向等轴晶转变;改性SiC粉体为0.05%,旋转磁场为0 V、60 V、80 V、100 V时,合金组织晶粒尺寸不断细化。旋转磁场耦合SiC可以提高Al-8Zn-2Mg-2.3Cu合金力学性能。随着改性SiC粉体添加量不断提高和旋转磁场强度不断提高,合金的抗拉强度、延伸率和硬度不断提高,在100V旋转磁场耦合0.05%改性SiC粉体作用下,晶粒细化效果最好,平均晶粒尺寸为85μm,合金的抗拉强度、延伸率和硬度达到最大值,分别为313.5 MPa、5.7%、92.1 N/mm。旋转磁场对熔体的搅拌作用会破碎凝固过程中向外生长的枝晶臂,促使包共晶组织(α(Al)+T)由玫瑰花形向规则圆整转变。脉冲磁场对熔体的振荡作用会破碎凝固过程中熔体中枝晶的薄弱处,促使包共晶组织(α(Al)+T)由玫瑰花形向‘田’字形转变。旋转/脉冲磁场能够对Al-11.8Cu-22.42Mg合金中的包共晶组织产生明显的细化效果。随着旋转磁场强度、频率不断提高,合金组织不断细化,在50 Hz,40 A旋转磁场作用下,组织细化效果最好,规则圆整形包共晶组织长约为232μm,宽约为208μm;随着脉冲磁场强度、频率不断提高,合金组织不断细化,在15 Hz,750 V脉冲磁场作用下,组织细化效果最好,‘田’字形包共晶组织长约为186μm,宽约为179μm。