GW103K稀土鎂合金熔體復合處理行為研究.pdf

1、稀土能顯著提高傳統(tǒng)鎂合金的強度、耐熱性能以及抗腐蝕性能，這使得稀土鎂合金在軍工以及航空航天領域受到越來越多的關注。然而由于鎂及稀土元素均具有很活潑的化學性質(zhì)，此類合金在熔煉過程中極易氧化并引入大量夾雜。該類含稀土鎂合金的熔體處理已經(jīng)成為制約其推廣應用的關鍵瓶頸之一，原因在于現(xiàn)有的熔劑凈化工藝為了達到理想的除雜效果，熔劑的加入量一般為熔體質(zhì)量的2％～3%，環(huán)境污染嚴重，同時增加了引入熔劑夾雜的機會，并會導致昂貴稀土元素的損耗。近年來，旋轉

2、噴吹氣體凈化作為一種非熔劑凈化工藝因具有除氣能力，同時還有一定綠色除雜能力而倍受關注，但目前尚未有在稀土鎂合金凈化中的應用報道。因此開展適合稀土鎂合金的高效復合凈化工藝研究，對于提高稀土鎂合金的性能，提高傳統(tǒng)熔劑凈化效率，降低成本，節(jié)約資源，改善熔煉環(huán)境等都具有重大意義。
　　本文基于前人研究結果提出稀土鎂合金熔體復合處理技術原型，研制出適合稀土鎂合金熔體復合處理的專用裝置。采用 Mg–10Gd–3Y–0.5Zr合金為研究對象，優(yōu)

3、化了旋轉噴吹氣體熔體處理的工藝參數(shù)，然后基于最佳旋轉噴吹工藝，討論熔劑凈化結合旋轉噴吹氣體的復合凈化工藝對 Mg–10Gd–3Y–0.5Zr合金熔體凈化效率、力學性能和斷裂行為的影響，初步探索了復合處理與Zr元素收得率的關系，通過動力學模型闡明了熔體復合處理高效除雜機理。
　　優(yōu)化出最優(yōu)旋轉噴吹工藝組合為：吹氣流量2L/min；吹氣時長10min；轉子轉速為150r/min。在此工藝參數(shù)組合下，GW103K合金中的非金屬夾雜物體積

4、分數(shù)從未凈化時的0.47%減少到0.32%，室溫下，合金抗拉強度和延伸率從244.9MPa,0.7%分別提升至296.6 MP a，1.4%。其對熔體的凈化作用，主要集中在熔體中小尺寸夾雜物的去除方面，小型夾雜物能夠被氣泡潤濕并上浮至熔體表面形成分散的浮渣。旋轉噴吹氣體處理中，增大吹氣流量會導致劇烈的熔體翻滾，帶來氧化加劇以及重新卷入夾雜；一定時長的吹氣過程，可以持續(xù)不斷地產(chǎn)生細小彌散的氣泡，維持與夾雜物的相互作用，但是過長時間的吹氣處

5、理會降低合金的力學性能；高轉子轉速下，熔體中的夾雜物顆粒和氬氣泡在強烈剪切力作用下更加細小，提高了夾雜物被氣泡潤濕的機會，相應地，產(chǎn)生了高的非金屬夾雜物去除能力。
　　開發(fā)出JDMJ熔劑復合旋轉噴吹的熔體復合處理工藝。當JDMJ添加量為1%時，Mg–10Gd–3Y–0.5Zr合金中的夾雜物體積分數(shù)從未加工合金的0.47%減少到0.15%。相應地，其抗拉強度和延伸率分別從244.9Mpa，0.7%上升到312.3Mpa，4.0%。凈

6、化效果甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的2%JDMJ熔劑凈化。一方面，節(jié)約了熔劑使用量，使熔劑的凈化效率提升1倍，并一定程度上緩和了傳統(tǒng)熔劑對貴稀土元素的損耗，另一方面降低了環(huán)境污染，符合可持續(xù)戰(zhàn)略。闡明了復合處理的高效除雜機制：一方面得益于旋轉噴吹對微小夾雜的去除能力，另一方面得益于夾雜物向熔劑運動過程中克服流體阻滯時高的遷移速度。
　　復合處理對Mg–10Gd–3Y–0.5Zr合金組織及相組成沒有影響；相對于原始合金，復合處理后合金室溫斷裂模式從