電磁攪拌下Mg-Gd合金鑄態(tài)組織和性能研究.pdf

1、Mg-Gd系合金因能滿足結(jié)構(gòu)件輕量化、高強(qiáng)度的要求而受到了廣泛關(guān)注。凝固過程是材料成型最重要的基礎(chǔ)階段，鑄態(tài)的組織和缺陷直接影響產(chǎn)品的性能。通過合金化、電磁攪拌、變質(zhì)處理等方式可以細(xì)化晶粒，改善鑄態(tài)組織，提高產(chǎn)品質(zhì)量。凝固過程中存在著復(fù)雜的熱量傳遞、溶質(zhì)擴(kuò)散，通過試驗(yàn)精確分析凝固過程比較困難，但可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行凝固過程的溫度場(chǎng)、凝固場(chǎng)模擬，獲得合理的鑄造工藝控制參數(shù)用來指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。
　　本文應(yīng)用電磁攪拌裝置，采用不同攪拌電壓與

2、頻率的電磁攪拌工藝，制備了不同Gd含量的Mg-Gd二元合金。利用蔡司金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡以及顯微硬度計(jì)等設(shè)備，觀察分析稀土Gd含量和電磁攪拌對(duì)合金鑄態(tài)組織和硬度的影響。結(jié)果表明，隨著稀土Gd含量的增加（0～9.76%），晶粒細(xì)化，在75V，15Hz電磁攪拌下，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.83%、5.81%、9.76%Gd的合金的鑄件中心平均晶粒直徑分別為556μm、404μm、331μm，硬度分別為67HV、73HV與78HV。攪拌頻率為1

3、5Hz，電壓由100V升高至140V，攪拌強(qiáng)度變大，晶粒進(jìn)一步細(xì)化，鑄件中心的平均晶粒直徑分別為202μm、158μm，同時(shí)鑄件橫截面沿半徑方向上6點(diǎn)的硬度均變大。攪拌電壓為50V，頻率由30Hz降至5Hz，鑄件中心的平均晶粒直徑由221μm減小為209μm。結(jié)果表明，電磁攪拌促使柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變，從而擴(kuò)大中心等軸晶區(qū)，細(xì)化等軸晶。通過掃描電鏡與XRD相分析，表明含Gd3.83%與9.76%的合金鑄態(tài)組織由ɑ-Mg和第二相Mg5Gd組

4、成，且隨Gd含量增多，第二相析出增加。
　　利用ProCAST軟件模擬了Mg-Gd二元合金凝固過程中的溫度場(chǎng)與凝固場(chǎng)，計(jì)算結(jié)果顯示，對(duì)Φ84mm×112mm鑄件，在常規(guī)鑄造條件下，Gd含量由3.83%增大到9.76%，鑄件橫截面上平均晶粒直徑由1249μm減小到1035μm，晶粒變細(xì)小。換熱系數(shù)由20W/(m2·K)增大到200W/(m2·K)，鑄件橫截面上晶粒數(shù)量增多，初生相形貌由粗大等軸枝晶逐漸向細(xì)小樹枝晶轉(zhuǎn)變，平均晶粒直徑由