復合場處理對長周期結構增強Mg-Y-Cu合金凝固組織及力學性能的影響.pdf

1、長周期堆垛有序結構作為鎂合金中一種新的增強相，其在增強鎂合金的室溫和高溫力學性能等方面具有顯著的效果。鑄態(tài)長周期結構增強的鎂合金由于其粗大的晶粒和長周期結構的不均勻分布導致其力學性能較差。凝固組織的改善對于提高鎂合金力學性能起著重要的作用。外場凝固處理法因其對合金液無污染及易于處理等特點，引起了人們的廣泛關注。單一的物理場已經(jīng)不能滿足凝固技術的需要，為了更好地實現(xiàn)對金屬熔體的控制，出現(xiàn)了一種新的凝固處理技術即復合場處理技術。本文以長周期

2、結構增強Mg97Y2Cu1合金為研究對象，采用光學顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、能譜分析儀(EDS)以及X射線衍射儀(XRD)等，研究了超聲處理、機械振動處理、超聲-機械振動復合處理、超聲-脈沖磁場復合處理及機械振動-脈沖磁場復合處理對Mg97Y2Cu1合金凝固組織和力學性能的影響，并討論了相關作用機理，主要研究結果如下：
　　1)在超聲，機械振動，超聲-機械振動，超聲-脈沖磁場及機械振動-脈沖磁場五種工藝作用下，Mg97Y

3、2Cu1合金的凝固組織及力學性能均得到了改善；合金的初生相顯著細化，其形態(tài)由發(fā)達的樹枝晶轉變?yōu)榧毿〉牡容S晶或薔薇狀晶體，其第二相分布變得均勻；超聲-脈沖磁場或機械振動-脈沖磁場復合處理對合金的凝固組織及力學性能的改善效果好于單一的物理場處理；Mg97Y2Cu1合金力學性能的變化規(guī)律與其凝固組織的變化規(guī)律基本一致。
　　2）當超聲功率在0～900W范圍內或處理時間在30~120s范圍內，隨著超聲功率或處理時間的增加，合金的凝固組織先

4、細化后粗化，轉折點分別為700W和60s；在660～720℃范圍內，隨著超聲施振溫度的增加，合金的凝固組織逐漸細化。在0～300V范圍內，隨著機械振動振幅電壓的增加，合金的初生相逐漸細化和退化；在機械振動的作用下，在660～750℃范圍內，隨著澆注溫度的增加，合金的晶粒尺寸先降低后有所增加，轉折點為720℃；在20~600℃范圍內，隨著模具預熱溫度的增加，合金的晶粒尺寸先升高后有所降低，轉折點為400℃。當超聲功率為700W，處理時間為

5、60s時，超聲作用下合金的綜合性能最好，其抗拉強度和伸長率較常規(guī)鑄造條件分別提高了23.8％和105%；當機械振動的振幅電壓為300V時，機械振動作用下合金的抗拉強度和延伸率較常規(guī)鑄造條件分別提高了84.5%和158%。
　　3)經(jīng)超聲-機械振動復合處理后，合金元素Y和Cu在晶內的含量增加；當施振溫度在660~750℃范圍內或模具溫度在20~600℃范圍內，隨著施振溫度或模具溫度的提高，超聲-機械振動復合處理后合金的凝固組織先細化

6、后粗化，轉折點分別為720℃和200℃；當施振溫度為720℃，模具預熱溫度為200℃時，超聲-機械振動復合處理作用下合金的抗拉強度和伸長率最高，分別為172 MPa和8.8%。
　　4)當施振溫度在660~750℃范圍內或模具溫度在20~600℃范圍內，隨著施振溫度或模具溫度的提高，超聲-脈沖磁場復合處理后合金的凝固組織先細化后粗化，轉折點分別為720℃和200℃；在超聲-脈沖磁場復合處理條件下，合金的抗拉強度和伸長率較常規(guī)鑄造條

7、件分別提高了30.1％和119.6％；Mg97Y2Cu1合金表現(xiàn)出優(yōu)異的高溫力學性能。
　　5)在機械振動-脈沖磁場復合作用下，當放電電壓在0~400V范圍內或放電頻率在0~10Hz范圍內，隨著放電電壓或放電頻率的增加，合金的晶粒尺寸逐漸減??；當澆注溫度在660~750℃范圍內或模具溫度在20~600℃范圍內，隨著澆注溫度或模具溫度的提高，復合處理后合金的凝固組織先粗化后細化，轉折點分別為690℃和400℃；在機械振動-脈沖磁場復