復(fù)合場(chǎng)處理對(duì)長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)Mg-Y-Cu合金凝固組織及力學(xué)性能的影響.pdf

1、長(zhǎng)周期堆垛有序結(jié)構(gòu)作為鎂合金中一種新的增強(qiáng)相，其在增強(qiáng)鎂合金的室溫和高溫力學(xué)性能等方面具有顯著的效果。鑄態(tài)長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的鎂合金由于其粗大的晶粒和長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)的不均勻分布導(dǎo)致其力學(xué)性能較差。凝固組織的改善對(duì)于提高鎂合金力學(xué)性能起著重要的作用。外場(chǎng)凝固處理法因其對(duì)合金液無污染及易于處理等特點(diǎn)，引起了人們的廣泛關(guān)注。單一的物理場(chǎng)已經(jīng)不能滿足凝固技術(shù)的需要，為了更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬熔體的控制，出現(xiàn)了一種新的凝固處理技術(shù)即復(fù)合場(chǎng)處理技術(shù)。本文以長(zhǎng)周期

2、結(jié)構(gòu)增強(qiáng)Mg97Y2Cu1合金為研究對(duì)象，采用光學(xué)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(jī)械振動(dòng)處理、超聲-機(jī)械振動(dòng)復(fù)合處理、超聲-脈沖磁場(chǎng)復(fù)合處理及機(jī)械振動(dòng)-脈沖磁場(chǎng)復(fù)合處理對(duì)Mg97Y2Cu1合金凝固組織和力學(xué)性能的影響，并討論了相關(guān)作用機(jī)理，主要研究結(jié)果如下：
　　1)在超聲，機(jī)械振動(dòng)，超聲-機(jī)械振動(dòng)，超聲-脈沖磁場(chǎng)及機(jī)械振動(dòng)-脈沖磁場(chǎng)五種工藝作用下，Mg97Y

3、2Cu1合金的凝固組織及力學(xué)性能均得到了改善；合金的初生相顯著細(xì)化，其形態(tài)由發(fā)達(dá)的樹枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的等軸晶或薔薇狀晶體，其第二相分布變得均勻；超聲-脈沖磁場(chǎng)或機(jī)械振動(dòng)-脈沖磁場(chǎng)復(fù)合處理對(duì)合金的凝固組織及力學(xué)性能的改善效果好于單一的物理場(chǎng)處理；Mg97Y2Cu1合金力學(xué)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(dāng)超聲功率在0～900W范圍內(nèi)或處理時(shí)間在30~120s范圍內(nèi)，隨著超聲功率或處理時(shí)間的增加，合金的凝固組織先

4、細(xì)化后粗化，轉(zhuǎn)折點(diǎn)分別為700W和60s；在660～720℃范圍內(nèi)，隨著超聲施振溫度的增加，合金的凝固組織逐漸細(xì)化。在0～300V范圍內(nèi)，隨著機(jī)械振動(dòng)振幅電壓的增加，合金的初生相逐漸細(xì)化和退化；在機(jī)械振動(dòng)的作用下，在660～750℃范圍內(nèi)，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(zhuǎn)折點(diǎn)為720℃；在20~600℃范圍內(nèi)，隨著模具預(yù)熱溫度的增加，合金的晶粒尺寸先升高后有所降低，轉(zhuǎn)折點(diǎn)為400℃。當(dāng)超聲功率為700W，處理時(shí)間為

5、60s時(shí)，超聲作用下合金的綜合性能最好，其抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率較常規(guī)鑄造條件分別提高了23.8％和105%；當(dāng)機(jī)械振動(dòng)的振幅電壓為300V時(shí)，機(jī)械振動(dòng)作用下合金的抗拉強(qiáng)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(jī)械振動(dòng)復(fù)合處理后，合金元素Y和Cu在晶內(nèi)的含量增加；當(dāng)施振溫度在660~750℃范圍內(nèi)或模具溫度在20~600℃范圍內(nèi)，隨著施振溫度或模具溫度的提高，超聲-機(jī)械振動(dòng)復(fù)合處理后合金的凝固組織先細(xì)化

6、后粗化，轉(zhuǎn)折點(diǎn)分別為720℃和200℃；當(dāng)施振溫度為720℃，模具預(yù)熱溫度為200℃時(shí)，超聲-機(jī)械振動(dòng)復(fù)合處理作用下合金的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率最高，分別為172 MPa和8.8%。
　　4)當(dāng)施振溫度在660~750℃范圍內(nèi)或模具溫度在20~600℃范圍內(nèi)，隨著施振溫度或模具溫度的提高，超聲-脈沖磁場(chǎng)復(fù)合處理后合金的凝固組織先細(xì)化后粗化，轉(zhuǎn)折點(diǎn)分別為720℃和200℃；在超聲-脈沖磁場(chǎng)復(fù)合處理?xiàng)l件下，合金的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)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(xué)性能。
　　5)在機(jī)械振動(dòng)-脈沖磁場(chǎng)復(fù)合作用下，當(dāng)放電電壓在0~400V范圍內(nèi)或放電頻率在0~10Hz范圍內(nèi)，隨著放電電壓或放電頻率的增加，合金的晶粒尺寸逐漸減小；當(dāng)澆注溫度在660~750℃范圍內(nèi)或模具溫度在20~600℃范圍內(nèi)，隨著澆注溫度或模具溫度的提高，復(fù)合處理后合金的凝固組織先粗化后細(xì)化，轉(zhuǎn)折點(diǎn)分別為690℃和400℃；在機(jī)械振動(dòng)-脈沖磁場(chǎng)復(fù)