亞快速凝固Mg-Zn-Y（-Zr）合金的相選擇及凝固動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、鎂合金是實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有高的比強(qiáng)度、比剛度和減震性，而且易于回收，在汽車、電子、航空等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。常規(guī)鑄造鎂合金顯微組織及析出相比較粗大，室溫和高溫強(qiáng)度都不理想，難以滿足高性能結(jié)構(gòu)材料的需求?？焖倌碳夹g(shù)能顯著細(xì)化晶粒、擴(kuò)展固溶度及形成新的亞穩(wěn)相，從而大幅度提高合金的強(qiáng)度，但成型困難，成本高。亞快速凝固技術(shù)兼?zhèn)淞顺Ｒ?guī)凝固和快速凝固的優(yōu)點(diǎn)，更接近于實(shí)際生產(chǎn)，易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，是提高鎂合金強(qiáng)度的有效途徑。Mg-Zn-

2、Y(-Zr)系合金是目前開發(fā)高強(qiáng)鎂合金的熱點(diǎn)之一，本文采用水冷銅模射鑄成型技術(shù)，研究了亞快速凝固條件下Mg-Zn-Y(-Zr)合金的組織演化、相選擇及凝固動(dòng)力學(xué)，對(duì)于亞快速凝固理論的研究和高強(qiáng)鎂合金的開發(fā)具有一定的意義。 采用半連續(xù)鑄造制備出四種不同成分的常規(guī)凝固Mg-Zn-Y(-Zr)合金，將合金在石英管中高頻感應(yīng)加熱重熔，射鑄到水冷銅模中制成 2mm的圓柱形亞快凝樣品。采用OM、SEM、EDAX、XRD、DSC等分析了常規(guī)凝

3、固和亞快速凝固條件下Mg-Zn-Y(-Zr)合金的顯微組織和組成相，研究了亞快速凝固條件下Mg-Zn-Y(-Zr)合金的組織演化和相選擇規(guī)律，并運(yùn)用時(shí)間依從的瞬態(tài)形核理論和相生長理論從動(dòng)力學(xué)角度探討了亞快速凝固過程及析出相的形核和生長，其結(jié)果與試驗(yàn)有較好的吻合。 試驗(yàn)結(jié)果表明，亞快速凝固條件下，Mg-Zn-Y(-Zr)合金的顯微組織同常規(guī)凝固一樣，主要由α-Mg固溶體和在晶界處呈網(wǎng)狀分布的第二相組成。常規(guī)凝固條件下，第二相呈層片

4、狀共晶形態(tài)，亞快速凝固條件下，層片狀共晶形態(tài)消失，產(chǎn)生了離異共晶。亞快速凝固促進(jìn)了合金元素的固溶，降低了合金元素在晶界處的富集，減小了偏析，元素分布相對(duì)比較均勻，但在晶界處的含量仍高于晶內(nèi)。亞快速凝固顯著地細(xì)化了合金晶粒，并且隨著Y含量的提高，合金晶粒逐步細(xì)化且基體分枝加劇，晶界相有增多并細(xì)化的趨勢(shì)，加Zr則使合金的基體由樹枝狀向等軸晶轉(zhuǎn)變，也更進(jìn)一步促進(jìn)了Y的這種作用。但是在亞快速凝固條件下，合金元素的細(xì)化作用不再處于主導(dǎo)地位，即提高

5、Y含量或添加合金元素Zr后，合金晶粒的細(xì)化程度不如在常規(guī)凝固條件下細(xì)化程度明顯。 常規(guī)凝固條件下，Mg7Zn2Y合金的主要組成相有α-Mg，Mg<,7>Zn<,3>和Mg<,12>YZn，亞快速凝固Mg7Zn2Y合金主要由α-Mg，Mg<,7>Zn<,3>和Mg<,12>YZn組成。亞快速凝固條件下，Mg7Zn3Y，Mg<,7>Zn<,3>和Mg<,12>YZr合金的主要組成相同常規(guī)凝固一樣，均為α-Mg，Mg<,3>YZn<,

6、6>和Mg<,3>Y<,2>Zn<,3>。添加合金元素zr沒有改變合金的相組成，但提高了Mg<,3>YZn<,6>相的共晶溫度。亞快速凝固促進(jìn)了三元相Mg<,3>Y<,2>Zn<,3>和Mg<,3>YZn<,6>的形成，抑制了Mg<,3>Y<,2>Zn<,3>向Mg<,3>YZn<,6>的轉(zhuǎn)變。 在亞快速凝固條件下，冷速不能使合金熔體的起始形核過冷度達(dá)到Mg3YZn6液相線溫度以下，三元相之間存在著競爭形核和生長區(qū)間，這個(gè)區(qū)間的

7、競爭形核和生長共同決定了兩相的最終含量。亞快速凝固Mg7Zn2Y合金的相形成次序?yàn)棣?Mg→Mg<,12>YZn→Mg<,3>YZn<,6>，亞快速凝固Mg7Zn3Y，Mg7Zn3YZr和Mg6Zn4YZr合金的相形成次序均為α-Mg→Mg<,12>YZn→Mg<,3>YZn<,6>。 合金元素影響析出相的形核孕育期和生長速率。提高Y/Mg比，α-Mg和Mg3YZn6的瞬態(tài)形核孕育期曲線右移。提高Y/Zn比，α-Mg，Mg<,3