鎂基球形準(zhǔn)晶的形成及鎂合金中的作用行為研究.pdf

1、本作者以提高鎂合金的強(qiáng)韌化和耐熱性為目的，通過化學(xué)成分設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化，用常規(guī)鑄造制備出一種鎂基球形準(zhǔn)晶中間合金。以外加方式將其加入到鎂合金熔體中，凝固結(jié)晶形成鎂基準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)的鎂合會(huì)。研究了鎂基準(zhǔn)晶的形成、結(jié)構(gòu)演化和遺傳效應(yīng)對(duì)鎂合金組織和性能的影響及其作用規(guī)律，探討了鎂基準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)鎂合金的微觀本質(zhì)。 在對(duì)Mg-Zn-Y系準(zhǔn)晶制備研究的基礎(chǔ)上，就Ca、Mn等對(duì)Mg-Zn-Y系準(zhǔn)晶的形成過程和宏觀硬度的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:C

2、a、Mn的加入都會(huì)影響準(zhǔn)晶的形成和生長(zhǎng)形念。當(dāng)Mg-Zn-Y系準(zhǔn)晶合金中含有0.05％的Ca時(shí)，可獲得球形準(zhǔn)晶；當(dāng)Mg-Zn-Y系準(zhǔn)晶中間合會(huì)中隨著錳添加量的提高，準(zhǔn)晶的形貌由花瓣?duì)钭優(yōu)榍蛐螤?，并且球徑逐漸變小，數(shù)量增多，當(dāng)Mn含量超過2％時(shí)，球形準(zhǔn)晶的數(shù)量逐漸減少，形態(tài)變壞。隨著Ca、Mn元素加入量的提高，兩種準(zhǔn)晶中間合金的宏觀硬度均下降。同時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)加入Mn元素時(shí)還對(duì)結(jié)晶相α-Mg樹枝狀晶的生長(zhǎng)有影響，隨著錳含量的提高，使α-Mg樹枝

3、狀晶變短，粗大的一次品消失。常規(guī)鑄造條件下可在大尺寸(φ30mm)范圍內(nèi)可獲得鎂基球形準(zhǔn)晶中間合金。 研究中發(fā)現(xiàn)，在Mg-Zn-Y花瓣?duì)顪?zhǔn)晶和Mg-Zn-Y-n球形準(zhǔn)晶的內(nèi)部存在裂紋缺陷，這類準(zhǔn)晶的形成溫度即熔點(diǎn)相對(duì)較低，盡管合金組織細(xì)化和常溫力學(xué)性能明顯提高，但高溫強(qiáng)度提高幅度有限。根據(jù)Nd可增強(qiáng)鎂合金高溫耐熱性的作用，為了進(jìn)一步提高鎂合金的高溫力學(xué)性能，我們又發(fā)現(xiàn)并在常規(guī)鑄造條件下制備出一種新的Mg-Zn-Nd基球形準(zhǔn)晶中間

4、合金。這種新的球形準(zhǔn)晶與Mg-Zn-Y-Mn球形準(zhǔn)晶的最大不同之處，辦即可貴之處是在準(zhǔn)晶內(nèi)部沒有裂紋，球形準(zhǔn)晶相周圍沒有共生共晶相，但出現(xiàn)離異共晶和獨(dú)立的層片狀共晶相，準(zhǔn)晶形成溫度(熔點(diǎn))較高，球化率和球化級(jí)別也好于Mg-Zn-Y-Mn球形準(zhǔn)晶中間合金，這些特征均表明:把Mg-Zn-Nd基球形準(zhǔn)晶作為耐熱鎂基合金的強(qiáng)化相，比Mg-Zn-Y-Mn球形準(zhǔn)晶對(duì)鎂合會(huì)耐熱性顯示出更高的增強(qiáng)作用、更好的工藝寬容性和更低的生產(chǎn)成本。 論文利

5、用準(zhǔn)晶表面能低、熱力學(xué)穩(wěn)定的特點(diǎn)，以外加方式將自制的鎂基準(zhǔn)晶中間合金加入鎂基合金熔體中，在常規(guī)鑄造條件下凝固成形，獲得一種準(zhǔn)晶顆粒彌散均勻分布的由多相復(fù)合組成的鎂基合金。由于準(zhǔn)晶顆粒作用的結(jié)果，使鑄態(tài)組織明顯細(xì)化，其常溫強(qiáng)韌度大幅度提高。研究發(fā)現(xiàn):就準(zhǔn)晶對(duì)鎂合金的增強(qiáng)效果而言，Mg-Zn-Y-Mn球形準(zhǔn)晶的強(qiáng)化效果大于Mg-Zn-Y花瓣?duì)顪?zhǔn)晶，尤其韌度的提高效果更為明顯。在AZ91合金中加入Mg-Zn-Y-Mn球形準(zhǔn)晶中間合金后，在室溫

6、下該合金具有更高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，分別比加準(zhǔn)晶前的AZ91合會(huì)提高38％和34％，伸長(zhǎng)率提高了40％，沖擊韌度提高60％以上，耐熱性也有較大幅度的提高。在ZA85鎂合金和高鋅鎂合會(huì)中加入Mg-Zn-Y-Mn球形準(zhǔn)晶中間合會(huì)后，也同樣具有很好的細(xì)化和強(qiáng)化效果。 本文經(jīng)過對(duì)準(zhǔn)晶和由準(zhǔn)晶增強(qiáng)的鎂合金的制備研究，以及準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)演化規(guī)律研究，探明球形準(zhǔn)晶在鎂合會(huì)結(jié)晶凝固過程中的遺傳效應(yīng)與細(xì)化變質(zhì)作用行為。研究表明:彌散均勻分布于α-Mg