【摘 要】
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本文采用CS-1B型高压六面顶压机,在4GPa高压作用下对铸态Mg-Al系合金进行加热、熔化,保压下凝固,并对高压凝固Mg-Al系合金进行了室温压缩实验。利用SEM、XRD及EBSD等现代分析方法研究了 Mg-Al系合金高压凝固组织特征及力学性能。采用第一性原理计算4GPa压力对Mg-Al系合金中α-Mg、β-Mg17Al12相的晶格常数以及Mg-Zn-Y合金中MgY、Y相与α-Mg之间的界面能。
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本文采用CS-1B型高压六面顶压机,在4GPa高压作用下对铸态Mg-Al系合金进行加热、熔化,保压下凝固,并对高压凝固Mg-Al系合金进行了室温压缩实验。利用SEM、XRD及EBSD等现代分析方法研究了 Mg-Al系合金高压凝固组织特征及力学性能。采用第一性原理计算4GPa压力对Mg-Al系合金中α-Mg、β-Mg17Al12相的晶格常数以及Mg-Zn-Y合金中MgY、Y相与α-Mg之间的界面能。计算了高压凝固下枝晶生长抑制因子（Q）,探讨了高压作用下镁合金凝固组织细化机制。研究结果表明:与铸态AZ91D/AZ31B相比,4GPa下Mg合金凝固组织特征:单位面积内的晶核数目增多;晶粒平均尺寸急剧减小;β-Mg17Al12相由铸态下的连续网状变为颗粒状或杆状弥撒分布在基体上;基体中Al的固溶度增加。随着熔体过热度的增加合金的晶粒尺寸逐渐增加,晶核数目减少,说明过热度也是影响凝固组织特征的重要因素之一。4GPa高压作用下AZ91D合金的平均硬度达到85HV,比于铸态合金的硬度（68HV）提高了 11.6%,其抗压强度由铸态的296MPa提高到405MPa;AZ31B合金的抗压强度由铸态时的361MPa增加到高压凝固时的407MPa,高压凝固使合金的力学性能得到改善。第一性原理计算结果表明4GPa压力下Mg、Mg17Al12的晶格常数都减小;采用Bramfitt模型计算了高压下Mg与Mg17Al12的错配度,其错配度约为6%,显示高压凝固能降低形核功,增加形核衬底,由此增大形核数目。根据Q值与压力的关系:Q=0.4P3+0.6P2+22.6P+45.7,Q值增大则枝晶的生长得到抑制。故高压下晶核数目增加、润湿性改善以及Q值增大是合金细化的主要机制。通过第一性原理计算Mg-Zn-Y合金中Mg/Y和MgY/Mg的界面能,计算结果表明4GPa压力下其界面能都比常压的界面能小。界面能越小则二者之间的表面张力就越小,润湿角θ越小,异质界面的形核能力就越强。这与实验得到Y、MgY在高压凝固过程可成为基体的异质形核核心相吻合。
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