AZ91D鎂合金晶粒細(xì)化與加壓凝固擠滲行為研究.pdf

1、鎂合金憑借密度小、比強(qiáng)度及比剛度高的綜合優(yōu)點(diǎn),在航空航天、汽車交通等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而由于鎂合金結(jié)晶區(qū)間寬、熱容小、結(jié)晶潛熱低,采用傳統(tǒng)鑄造方法獲得的鎂合金鑄件晶粒組織粗大、凝固補(bǔ)縮困難,易出現(xiàn)縮孔、縮松及熱裂等缺陷,無法滿足極端條件下的高性能結(jié)構(gòu)件使用。采用加壓凝固方式可以改善合金液的流動形態(tài),促使其在枝晶間流動,實(shí)現(xiàn)糊狀區(qū)的有效補(bǔ)縮。然而大多數(shù)鎂合金枝晶組織發(fā)達(dá),當(dāng)固相率僅20％~30%時就因網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成而降低了熔體流動

2、性,導(dǎo)致枝晶封閉區(qū)域無法進(jìn)行補(bǔ)縮。晶粒細(xì)化不僅能夠提高合金塑性及強(qiáng)度等綜合性能,還可以增強(qiáng)糊狀區(qū)金屬液的流動能力,有利于降低組元偏析,抑制低熔點(diǎn)脆性相的形成。因此,深入開展鎂合金組織細(xì)化研究,合理揭示其影響下的加壓凝固擠滲行為,對高性能鎂合金的制備具有重要的指導(dǎo)意義。
　　本文采用真空感應(yīng)熔煉與惰性氣體保護(hù)相結(jié)合的方式,通過改變稀土元素Ce和SiC孕育劑的含量,系統(tǒng)研究AZ91D鎂合金的晶粒尺寸及物相結(jié)構(gòu)變化規(guī)律,獲得最佳細(xì)化工藝

3、。結(jié)合固溶處理技術(shù),進(jìn)一步研究了SiC顆粒參與下鎂合金組織中漢字狀Mg2Si相的球化過程,為鎂合金組織改性提供依據(jù)?；诓顭岱治黾夹g(shù),實(shí)現(xiàn)了固相體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)變的定量描述,研究了凝固過程中不同凝固壓力對細(xì)化后的AZ91D鎂合金組織形貌及致密度的影響規(guī)律,并揭示出相應(yīng)的凝固擠滲行為,為鎂合金力學(xué)性能的改善提供理論依據(jù)。
　　晶粒細(xì)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)鎂合金中添加0.75wt%Ce時,AZ91D合金的平均晶粒尺寸由鑄態(tài)480μm顯著降低至1

4、84μm,同時共晶b相變得細(xì)小彌散。組織細(xì)化結(jié)果可歸因于凝固過程中溶質(zhì)再分配導(dǎo)致固/液界面前沿成分過冷度提高,并且形成Al11Ce3相對晶界有一定釘扎作用。添加0.2wt%SiC后,AZ91D合金細(xì)化效果最好,平均晶粒尺寸進(jìn)一步減至124μm。由于SiC顆粒和Al4C3相與a-Mg具有相似晶格結(jié)構(gòu),在凝固過程中可作為有效異質(zhì)形核核心,促進(jìn)形核數(shù)目的增加,同時Mg2Si的存在對晶界遷移起釘扎作用,有效抑制晶粒生長,二者共同作用導(dǎo)致最佳細(xì)化

5、效果的獲得。400℃×16h固溶處理后,AZ91D+0.2wt%SiC鎂合金組織中b相消失,漢字狀Mg2Si相得到顯著球化,進(jìn)而減弱了其對基體組織的割裂作用。
　　加壓凝固實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,晶粒組織的細(xì)化有利于提高液態(tài)金屬的補(bǔ)縮能力,改善合金微觀組織及致密度。隨凝固壓力增大,晶粒數(shù)目逐漸增多,晶粒尺寸進(jìn)一步降低。當(dāng)凝固壓力為200kPa時,AZ91D+0.2wt%SiC鎂合金力學(xué)拉伸強(qiáng)度為151.85MPa。經(jīng)400℃×16h固溶處理