Zn-22Al合金的晶粒细化与多孔化研究

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1、分类号：TG146密级：UDC：620编号：201421802002河北工业大学硕士学位论文Zn-22Al合金的晶粒细化与多孔化研究论文作者：李楠学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：材料学指导教师：王清周职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsScienceSTUDYONTHEGRAINREFINEMENTANDPOROSITYOFZn-22AlALLOYbyLiNanSupervisor:Prof.WangQingzh

2、ouMay2017摘要共析锌铝合金(Zn-22Al)由于其优异的阻尼性能被广泛地应用于动态工作条件下的零部件，以减小机械噪音和振动。然而，高阻尼共析锌铝合金的力学性能通常较差。为解决此问题，本文通过向共析锌铝合金中加入Zr、Mn、La元素以及一种新型的Al-5Ti-1B薄带孕育剂来细化合金的显微组织，以期达到在保证合金高阻尼性能的同时而大幅度提高其力学性能的目的。本文同时采用空压渗流工艺成功制备出了孔隙率、孔径可控的通孔多孔共析锌铝合金来进一步提高共析锌铝合金的阻尼性能。实验结果表明，少量Zr、Mn、La元素的加入可在初生富铝α相固液界面前沿形成成分

3、过冷区从而对其起到有效的细化作用。Al-5Ti-1B薄带孕育剂由于其更为细小的六方结构的TiB2颗粒和立方结构的L12-Al3Ti颗粒，较之商业Al-5Ti-1B杆状孕育剂对共析锌铝合金有着更为显著的晶粒细化效果。0.3wt.%的Al-5Ti-1B薄带孕育剂及0.1wt.%的Zr元素的复合添加可达到最佳的晶粒细化效果。随着初生富铝α相平均尺寸的减少，Zn-22Al合金的抗拉强度、延伸率及硬度均有所提高。然而其阻尼性能由于两个相反因素的共同作用在不同温区内表现出了不同的特点。由于晶粒细化单位体积内相界及α-Al晶界数量的增加有利于合金阻尼性能的提高，而

4、相邻界面的挤压作用和富锰、富镧、TiB2以及Al3Ti等第二相颗粒的钉扎作用而导致的界面可动性的下降，可以降低合金的阻尼性能。以NaCl为造孔剂制备的多孔Zn-22Al合金为三维贯通的开孔网状结构，其复制于NaCl造孔剂的颗粒状的孔洞均匀地分布于合金的基体之中。多孔Zn-22Al合金的准静态压缩曲线具有明显的三个区域，分别是：弹性区、平台区和致密化区。随着孔隙率的增加，合金的抗压缩强度逐渐降低。值得注意的是，添加Zr、Mn、La元素和Al-5Ti-1B薄带孕育剂后，多孔Zn-22Al合金的抗压缩强度明显增加，此外，其吸能本领和吸能效率也均有所提高。细

5、化后的多孔Zn-22Al合金的阻尼性能相比于未细化的合金，在低温时有所降低，而在高温时细化效果越好，则阻尼性能越高。关键词：锌铝合金晶粒细化力学性能阻尼性能多孔IABSTRACTZnAl(Zn-22Al)eutectoidalloyshavebeenwidelyusedasengineeringstructuralcomponenttoattenuateundesirablenoiseandmechanicalvibrationunderdynamicworkingconditionbecauseoftheirhighdampingcapacity.

6、However,highdampingperformanceisgenerallycoupledwithpoormechanicalproperties.Inthisdissertation,themicrostructureofZn-22AlalloyshavebeenrefinedbyZr,Mn,LaelementsandanovelAl-5Ti-1Bribboninoculantwiththeaimtoenhancethemechanicalpropertieswhileremainingitshighdampingcapacity.Anope

7、n-celledZn-22Alfoamwithadjustableporosityandporesizehasalsobeenfabricatedbyairpressureinfiltrationmethodtofurtherenhanceitsdampingcapacity.TheexperimentalresultsindicatedthatatraceofZr,Mn,Laelementscouldrefinetheprimaryα-AlphaseinZn-22Alalloyeffectivelybyforminganundercooledzon

8、einfrontofthegrowingα-Alsolid/liquidinterface.Compared