镁锂系合金微合金化及外场控制凝固研究

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镁锂合金被称为超轻镁合金,是最轻的金属结构材料,具有较高的比强度、比刚度,良好的塑性,以及优异的电磁屏蔽性能等优点,在宇航、兵器工业、汽车、电子等领域有着良好的发展前景。随着能源危机以及人们环保意识的增强,对轻质、可回收材料的需求更为迫切,镁锂合金的应用领域也将越来越广泛。本文主要研究了稀土元素Gd、Ce以及超声场、电磁场对镁锂合金凝固组织及其性能的影响,并利用PIV物理模拟技术,模拟了超声场对流场的影响,得到了以下结果:Mg-8Li-3Al合金组织由α和β两相组成,添加稀土元素Gd及元素Ce可以有效地改盖Mg-8Li-3Al合金的凝固组织。添加元素Gd后,在相界处有白色析出相,组织得到细化且相对圆整化;添加元素Ce后,在β相及相界处有Al2Ce相析出,细化了合金的显微组织。PIV对超声作用下流场结构的模拟结果表明,超声作用下,流场内存在左右两个环流状结构,靠近超声工具头前端位置,流场有较大的速度。随着超声振动功率的增加,流场的流速增大,在工具头前端位置速度增大效果比较明显。对不同温度下的Mg-8Li-3Al合金熔体施加超声场。研究表明,在液相线以上稍高温度施加超声场时,可显著改善合金的凝固组织,这说明了压强-过冷机制可能是主要的超声细化机制。超声工具头前端位置有最为细化的凝固组织,随着距超声工具头距离的增大,超声能量发生衰减,作用效果变小,凝固组织细化程度减弱。对Mg-8Li-3Al合金施加不同功率的超声振动。结果表明,当超声作用功率为170W时,能显著改善Mg-8Li-3Al合金的凝固组织,α相形貌从蔷薇状结构转变为细小的近球状结构,并随着超声作用时间的延长细化效果也变得越来越好。经170W超声处理90s后的合金试样,抗腐蚀性能与力学性能都有了明显提高,其中抗拉强度与伸长率分别为184MPa与18.5%,相比不经超声处理的试样,提高了9.5%与45.7%。初步研究了电磁场对Mg-9Li-5Al-Zn合金的影响,结果显示,施加电磁场后,凝固组织中,α相形貌由长条状结构转变为近球状结构,合金的力学性能得到明显提高。
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