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am50-nd铸造镁合金热裂行为研究

AM50-Nd铸造镁合金热裂行为研究

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作者：李慧沈阳工业大学

学位级别：硕士

镁合金凭借其低密度、较高的比刚度,良好的铸造性能被公认为轻型环保金属材料,如今广泛应用于航空航天事业,汽车领域,3C产品及医疗器材方面。但由于镁合金凝固区间较宽,在铸造过程中易形成热裂纹而降低铸件的性能,限制了它在重工业方面... 详细信息

镁合金凭借其低密度、较高的比刚度,良好的铸造性能被公认为轻型环保金属材料,如今广泛应用于航空航天事业,汽车领域,3C产品及医疗器材方面。但由于镁合金凝固区间较宽,在铸造过程中易形成热裂纹而降低铸件的性能,限制了它在重工业方面的发展,因此对镁合金热裂行为的研究有着重要的意义。am50作为Mg-Al-Mn系列镁合金的一种,拥有优良的韧性、塑性及抗冲击能力,应用范围广,但存在耐热性差等问题。含稀土镁合金由于具有较高高温力学性能,以及优良的抗蠕变性能等优点,近年来被广泛的应用于新型耐热镁合金的研究中。特别是nd作为稀土元素的一种,具有细化晶粒,改善合金组织等优点,对于新型镁合金am50-nd,其推广应用尚需对该合金诸如热裂敏感性等进行更深了解。为此,本论文通过Clyne和Davies的理论模型对am50-nd镁合金以及AZ91镁合金的热裂敏感性进行预测,采用“T”字形热裂模具进行浇注实验,通过石蜡熔融法测得am50-nd系合金裂纹体积。通过A/D转换,使用计算机采集am50-nd系合金凝固过程中的温度以及收缩应力信号数据,作出进一步的处理并绘制曲线,确定了合金产生热裂的时间和温度。借助X射线衍射仪和扫描电镜对合金第二相进行检测分析并观察断口处热裂纹的显微组织。探讨了合金凝固最后阶段固相分数,凝固温度区间特征以及合金脆弱区域凝固温度变化对am50-nd合金热裂敏感性的影响,并将am50镁合金与传统的AZ91镁合金进行了对比。理论预测与试验结果均表明,am50-nd镁合金和AZ91镁合金热裂敏感性系数(C SC)的顺序为:AZ91am50am50-0.5wt.%ndam50-1wt.%ndam50-2wt.%ndam50-4wt.%nd,其中,am50合金的热裂敏感性比AZ91高,am50合金中加入nd后热裂敏感性提高,并且热裂敏感性随nd含量增加而提高,am50-4wt.%nd镁合金的热裂敏感性最大。am50-nd镁合金热裂纹发生的主要热裂机理有液膜理论、凝固收缩补偿理论和晶间搭桥理论。随着nd含量的增加,凝固时共晶液相降低,液膜的强度降低,流动性变差,承受凝固收缩应力的能力变弱而使热裂敏感性升高。AZ91、am50镁合金在凝固末期剩余的液相分数较多,能够及时对裂纹进行补缩,使裂纹愈合。并且会以晶间搭桥的方式,增大枝晶间的结合力,降低合金的热裂倾向性。

关键词： am50-nd合金热裂敏感性收缩应力凝固曲线热裂机理

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