2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、本文利用高倍視頻顯微鏡(HSVM)、電子探針(EPMA)、場發(fā)射掃描電鏡(FSEM)、X射線衍射儀(XRD)、差示掃描量熱儀(DSC)、常規(guī)透射電鏡(TEM)、高分辨透射電鏡(HRTEM)和三維原子探針(APT)等分析測試手段對鋁合金中Mg2Si相的演變行為與析出長大機制進(jìn)行了研究。研究了Al-Mg2Si-(Si)合金的凝固過程及組織演變規(guī)律;分析了Al-4%Mg-0.5%Si-1%Cu合金固溶時效過程中納米沉淀析出相的演變過程及Ag對

2、演變行為的影響;建立了初生Mg2Si相的生長模型,揭示了其不同形貌間的相互轉(zhuǎn)化機制,實現(xiàn)了對其形核與生長的控制;通過引入Ni以形成NiAl3相改變合金凝固過程,促使了共晶Mg2Si長大方式的改變,從而改善了其微觀組織。全文的主要結(jié)論如下:
   (1)Al-Mg2Si-(Si)合金凝固過程及組織演變規(guī)律
   根據(jù)Al-Mg2Si-(Si)合金相圖和實驗結(jié)果:對于亞共晶Al-Mg2Si合金,凝固過程可表示為:L→(α-A

3、l)P+(Al+Mg2Si)E,共晶Mg2Si三維形貌為板片狀或棒狀;對于過共晶合金,凝固過程可表示為:L→Mg2Sip+(Al+Mg2Si)E,初生Mg2Si則呈現(xiàn)出多種形貌:完整八面體、平截八面體、漏斗晶以及粗大的枝晶。過共晶Al-Mg2Si合金中含有少量過剩Si時,在其凝固后期會發(fā)生三元共晶反應(yīng),其凝固過程可表示為:L→Mg2Sip+(Al+Mg2Si)E+(Al+Mg2Si+Si)E。
   (2)Al-4%Mg-0.5

4、%Si-1%Cu合金時效硬化過程中納米析出相的演變及Ag對其演變行為的影響。
   經(jīng)5200C固溶淬火后,合金中共晶Mg2Si部分固溶于基體中。在200℃等溫時效過程中,沉淀析出相主要為短棒狀GPB(Guinier-Preston-Bagaryatsky)區(qū)和板條狀S相(Al2CuMg),固溶的Si則起到了穩(wěn)定GPB區(qū)的作用。Ag的加入顯著改變了合金沉淀析出相的演變過程,促使了板塊狀Z相的形成且沿{111}Al慣析面析出(成分

5、為Al:~38 at.%,Mg:~32 at.%,Cu:~20 at.%,Ag:~10 at.%),并抑制GPB區(qū)向S相的轉(zhuǎn)變。
   固溶溫度從520℃升高至560℃,使得更多的Si固溶到鋁基體中(由0.06 at.%增加到0.13 at.%)。在后續(xù)時效過程中,較高固溶含量的Si促進(jìn)了合金中更高密度GPB的析出,同時Ag的存在促使Z相析出的同時又抑制GPB向S相的轉(zhuǎn)變,高密度的GPB和Z相共同作用使合金表現(xiàn)出更加顯著的硬化效

6、應(yīng)。
   (3)初生Mg2Si生長模型的建立與不同形貌間的相互轉(zhuǎn)化機制。
   從晶體結(jié)構(gòu)分析,MgESi屬于反螢石結(jié)構(gòu),傾向于形成表面自由能低的完整八面體。在生長過程中,優(yōu)先沿著<100>方向生長,<111>方向生長速度最慢,隨著晶體的長大,{100)和{110}面逐漸消失,形成八面體的頂點和棱邊,密排{111}面被保留下來,成為八面體的顯露面。
   在實驗的合金熔體環(huán)境中,由于傳熱、傳質(zhì)和雜質(zhì)元素等因素的

7、影響,Mg2Si<100>和<111>方向的生長相對速度發(fā)生改變,從而使得晶體形成八面體漏斗晶、平截八面體或立方體。合金中Mg2Si含量較高時,優(yōu)先生長方向<100>的生長速率會加快,沿著<100>方向形成一次主干,并在垂直于一次主干的<100>方向形成二次分枝。在生長過程中,生長單元發(fā)生部分重疊、聚合現(xiàn)象,從而形成多種形貌特征的Mg2Si樹枝晶。
   通過向合金熔體中加入Al-P、Al-Ti-B中間合金,增加Mg2Si的形核

8、質(zhì)點,降低熔體的過飽和度,實現(xiàn)了初生Mg2Si由粗大枝晶向細(xì)小八面體或平截八面體的轉(zhuǎn)變。并由Turnbull-Vonnegut公式計算得到AlP的(220)晶面和Mg2Si的(311)晶面的錯配度為6.58%,TiB2的(001)和Mg2Si的(200)晶面的錯配度為4.64%,從結(jié)構(gòu)上證明了AlP和TiB2均可作為初生Mg2Si的良好形核襯底。并且進(jìn)一步試驗發(fā)現(xiàn),AlP和TiB2可形成耦合粒子共同作為初生Mg2Si的形核核心,促進(jìn)Mg

9、2Si的析出。
   (4)Al-Mg2Si-NiAl3合金凝固組織的演變及NiAla對共晶Mg2Si長大方式的影響
   通過Thermo-calc軟件計算得到了Al-Mg2Si-NiAl3偽三元共晶合金相圖,并對其凝固過程和微觀組織進(jìn)行了分析。計算得到三元共晶反應(yīng)成分點為Al-12.1%Mg2Si-8.4%NiAl3,平衡條件下反應(yīng)溫度為587.05℃。在Al-15%Mg2Si-NiAl3體系中,存在兩個成分拐點,分

10、別是7.9%NiAl3和13.1%NiAl3。當(dāng)合金中的NiAl3含量較少時(<7.9%),NiAl3只存在于(Al+Mg2Si+NiAl3)E三元共晶中;而當(dāng)NiAl3含量位于7.9%與13.1%之間時,會出現(xiàn)(Mg2Si+NiAl3)E二元共晶;繼續(xù)增加NiAl3含量(>13.1%),初生NiAl3析出。當(dāng)合金中(Al+Mg2Si)E二元共晶全部轉(zhuǎn)變成(Al+Mg2Si+NiAl3)E三元共晶組織時,共晶NiAl3傾向于形成界面能較

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