Al-Mg合金高压凝固组织与相演变研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hbhhl2006
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本文利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、透射电镜等测试分析手段,对Al-Mg二元合金和Al-Mg-Zn三元合金的高压凝固组织与相的演变规律,以及Al-Mg合金高压凝固相的稳定性进行了研究。与常压凝固相比,Al-Mg合金和Al-Mg-Zn合金在高压下凝固,二次枝晶间距减小,枝晶形态更加完整,一次枝晶臂增长;枝晶间第二相数量减少,尺寸减小,第二相形态也由片状变成类似粒状。在高压下凝固时,Al-9.6%Mg合金中溶质Mg在基体相(α′-Al)中的固溶度增加;Al-11%Mg-4.5%Zn合金中Mg和Zn在α-Al相中的固溶度均增加,并且第二相Mg32(Al,Zn)49中Al含量降低,Mg含量变化不大,Zn含量增加。二元合金中α′-Al相的晶格常数由常压下的4.08A增加到4.10A(4GPa凝固)和4.11A(6GPa凝固)。三元合金中α-Al相的晶格常数在高压下凝固时略有增大。第二相Mg32(Al,Zn)49的晶格常数随着压力的增加而减小,由14.55A(常压)分别减小到14.39A(4GPa凝固)和14.37A(6GPa凝固)。Al-9.6%Mg二元合金在4GPa、860℃和6GPa、1000℃的高压凝固条件下,除了形成面心立方结构的Al3Mg2相外,均有新亚稳相形成。4GPa高压下凝固形成的亚稳相尺寸为70nm左右,晶体结构为面心立方结构,晶格常数为6.438A,其相成分接近Al9Mg2,形成温度范围为451.17457.59℃;而在6GPa高压凝固时,亚稳相尺寸为30nm左右,晶体结构为六方结构,晶格常数为4.42A,相成分接近Al4Mg,形成温度范围为450.65457.53℃。Al-11%Mg合金中加入4.5%Zn以后,在高压下凝固时,形成Mg32(Al,Zn)49相,没有产生亚稳相。Al-9.6%Mg合金在6GPa高压凝固条件下,降低熔体的冷却速率,则枝晶组织显著粗化;Mg原子在基体中的固溶度变化较小;第二相除了形成稳定的Al3Mg2相外,仍有亚稳相生成。在4GPa高压凝固条件下增大熔体的过热度,枝晶组织粗化;第二相中除了形成面心立方结构(a=28.3A)和六方结构(a=11.26A,c=16.5A)的Al3Mg2相外,还形成了团絮形态的新亚稳相,晶体结构可以标定为体心立方结构,晶格常数为8.495A,Al和Mg的原子百分比为Al16Mg9,形成温度范围为458465.38℃。对Al-Mg合金在4GPa、6GPa高压下凝固过程进行了理论分析和计算,结果表明:高压凝固条件下,溶质扩散系数减小了3个数量级,是溶质截留和亚稳相形成的主要原因,也是二次枝晶间距减小的主要原因;高压下合金熔体的热过冷度、成分过冷度和动力学过冷度均增加,对枝晶形态起到主要的影响作用。通过时效处理研究了高压凝固相的稳定性,结果表明:Al-Mg合金6GPa高压凝固形成的相在时效处理过程中逐渐变得不稳定,基体相(α′-Al)在低温和高温时效处理时都分解为α-Al相+Al3Mg2相;亚稳相Al4Mg在低温时效处理时先转化成中间亚稳相Al2Mg,时效温度增加后,亚稳相Al2Mg转化成稳定的Al3Mg2相。高压亚稳相时效处理后转变规律为:由亚稳相向稳定相转变,由低Mg含量的第二相逐渐转变为高Mg含量的第二相。
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