變形鎂合金電磁攪拌懸浮鑄造與合金強(qiáng)化技術(shù)研究.pdf

1、本論文根據(jù)鎂合金研究的現(xiàn)狀及存在的不足，以高性能變形鎂合金材料作為研究方向，將新型鑄造技術(shù)--電磁攪拌、懸浮鑄造應(yīng)用到高性能變形鎂合金的制備中，形成一種高效、無(wú)污染的鎂合金熔體處理、組織細(xì)化技術(shù)，以提高合金的力學(xué)性能，從而促進(jìn)鎂合金在工業(yè)中的應(yīng)用。
　　 自行設(shè)計(jì)了電磁攪拌-懸浮鑄造裝置，以懸浮劑和添加合金元素種類及劑量的變化對(duì)變形鎂合金影響為主要研究?jī)?nèi)容，以具有代表性的Mg-Al-Zn系A(chǔ)231、A261合金為基，對(duì)變形鎂合金

2、材料的合金成分一組織結(jié)構(gòu)一性能變化一材料應(yīng)用之間的相互關(guān)系和作用規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　 電磁攪拌-懸浮鑄造實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：電磁攪拌-懸浮鑄造技術(shù)可以細(xì)化金屬鎂及鎂合金的顯微組織，減小合金的晶粒尺寸；提高合金的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率；減少合金中的顯微縮松和氣孔，提高合金的致密度，這些結(jié)果有利于改善鎂合金的后續(xù)加工性能。
　　 CaC2顆粒懸浮劑的加入顯著的改變了金屬鎂的晶粒尺寸，晶粒大小從純鎂的2350μm減小到CaC2加入

3、量為0.26％時(shí)的125μm。CaC2添加到A231、A261鎂合金中，改善了合金的顯微組織，晶粒細(xì)化效果明顯，同時(shí)合金的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率都得到提高。當(dāng)CaC2添加量為0.15％時(shí)，A231合金的晶粒最細(xì)小，抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率達(dá)到最大值(ab:195.3MPa，6：12.9％)，分別比金屬型鑄造A231鎂合金提高了18.72％和48.28％；當(dāng)CaC2添加量為0.36％時(shí)，A261合金的晶粒最細(xì)小，抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率達(dá)到最大值(ab:211

4、.36MPa，δ：8.5％)，分別比金屬型鑄造AZ61合金提高了約24.2％和46.6％。
　　 Zr在含Al鎂合金中會(huì)引起元素“中毒”現(xiàn)象的發(fā)生而使合金的性能急劇下降，但Zr是無(wú)Al鎂合金的通用細(xì)化劑，Zr與Mg有共格關(guān)系(都是密排六方結(jié)構(gòu)，有相似的晶格常數(shù))，可以作為鎂合金的異質(zhì)形核核心?？紤]到以上因素，采用電磁攪拌一懸浮鑄造技術(shù)，成功制備出Zr顆粒懸浮劑細(xì)化A231、A261變形鎂合金。適量的Zr顆粒懸浮劑在鎂合金中主要以

5、固溶原子和顆粒相存在，顆粒相尺寸在10μm以下，合金凝固時(shí)作為α-Mg晶粒的形核襯底，細(xì)化了含Al鎂合金的顯微組織，提高其力學(xué)性能。但是過(guò)量的Zr將與合金中的Al反應(yīng)生成Al32r沉淀相，消耗了合金中的Al元素，減弱了Al對(duì)鎂合金的細(xì)化、強(qiáng)化作用，而且由于Al32r與鎂基體沒(méi)有共格關(guān)系，不能起到細(xì)化晶粒的作用，合金組織粗化。因此，控制合金中Zr懸浮劑的加入量是十分重要的，Zr的添加量為0.07wt.％左右為宜。
　　 利用電磁攪

6、拌技術(shù)，制備了稀土Er增強(qiáng)A231、A261變形鎂合金，研究了稀土Er對(duì)AZ系變形鎂合金組織和性能的影響，結(jié)果表明：少量的稀土Er對(duì)鎂合金有顯著的細(xì)化效果，合金組織均勻，等軸晶趨勢(shì)明顯，晶粒尺寸減小，力學(xué)性能提高；過(guò)量的稀土Er會(huì)使AZ系變形鎂合金的鑄態(tài)樹(shù)枝晶急劇長(zhǎng)大，晶粒粗化十分嚴(yán)重，導(dǎo)致合金力學(xué)性能下降。觀察到少量的稀土Er在鎂合金中以固溶原子的形式存在，過(guò)量的Er與合金中的Al反應(yīng)的生成Al2Er相，消耗了合金中的Al，削弱了Al

7、對(duì)鎂合金的強(qiáng)化作用。并且，Al2Er是面心立方結(jié)構(gòu)，晶體結(jié)構(gòu)與Mg不同，既不能起到異質(zhì)形核核心作用，又不能阻礙鎂合金晶粒的長(zhǎng)大，且由于Al2Er和Mg基體的凝固收縮率不同而促進(jìn)裂紋的萌發(fā)，導(dǎo)致鎂合金力學(xué)性能的下降。研究分析結(jié)果表明，合金中Er含量為0.03-0.05wt.％是適宜的。
　　 采用動(dòng)態(tài)墩粗極限變形試驗(yàn)，研究了電磁連鑄鎂合金的鑄造、擠壓、擠壓+鍛造+軋制狀態(tài)和電磁攪拌一懸浮鑄造及微合金化鎂合金的極限變形程度和熱變形行

8、為，為鎂合金熱加工成形工藝的制定、推廣提供依據(jù)。鎂合金在動(dòng)態(tài)墩粗變形過(guò)程中，由于應(yīng)變速率高，發(fā)生了以孿生變形為基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒以孿晶界為界形核、長(zhǎng)大。墩粗變形量的增加，引起再結(jié)晶晶粒形核數(shù)量的上升，合金中的孿晶組織和大晶粒減少，再結(jié)晶晶粒數(shù)量增多，合金的晶粒逐漸細(xì)化。
　　 動(dòng)態(tài)墩粗極限變形試驗(yàn)結(jié)果表明，電磁連鑄鑄態(tài)下A231鎂合金在380-4300C時(shí)具有較好的塑性成型性能，鍛造最大變形量為40％，擠壓工藝可以

9、使合金的鍛造溫度范圍擴(kuò)大到350℃-450℃之間，使合金在較低的溫度下就可以得到較大的變形；電磁連鑄A261鎂合金鍛造最大變形量為30％時(shí)，鍛造溫度范圍為315℃-370℃之間，擠壓工藝可以使合金的最大變形量加大到40％，使合金在鍛造溫度基本不變的情況下，得到了較大的變形。金屬型鑄造AZ31鎂合金的最佳鍛造溫度在380℃-410℃之間，鍛造最大變形量小于40％。金屬型鑄造A261鎂合金的最佳鍛造溫度在300℃-350℃，最大變形量為30