鎂合金超聲處理細(xì)化機(jī)制及工藝研究.pdf

1、鎂合金具有密度小、比強(qiáng)度高、阻尼性能好及電磁屏蔽好等優(yōu)點(diǎn),在汽車、電子、通訊等工業(yè)領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。但是在鎂合金的廣泛應(yīng)用中,改善其塑性變形能力仍然是一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題。實(shí)踐證明,細(xì)小等軸晶組織能有效地提高鎂合金的機(jī)械性能。因此找到一種實(shí)用有效的工藝來(lái)細(xì)化鎂合金的晶粒就顯得非常重要。超聲波處理作為一種高效、無(wú)污染的物理細(xì)晶技術(shù),能顯著的細(xì)化金屬的凝固組織。但是至今人們對(duì)于超聲細(xì)化鎂合金的研究比較少,因此有必要在該領(lǐng)域內(nèi)展開深入的

2、研究,并對(duì)超聲細(xì)化鎂合金凝固組織的作用機(jī)制及工藝參數(shù)的優(yōu)化進(jìn)行探討。本文以傳統(tǒng)鑄造鎂合金AZ31和.AZ91為例,進(jìn)行合金超聲熔體處理,對(duì)超聲細(xì)化鎂合金的機(jī)制和工藝進(jìn)行細(xì)致研究,找到超聲處理中各個(gè)工藝參數(shù)對(duì)于合金的影響,確定優(yōu)異工藝參數(shù),并且將其應(yīng)用于Mg-5Zn-2Er合金中。為了研究超聲處理工藝各個(gè)參數(shù)對(duì)于合金的影響,本文首先采用應(yīng)用較為廣泛的AZ31和AZ91鎂合金作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。對(duì)AZ31和AZ91鎂合金分別采用不同超聲功率、超聲

3、處理時(shí)間和不同超聲處理溫度實(shí)驗(yàn)。研究表明超聲處理功率,時(shí)間和溫度對(duì)合金的組織和性能均有較為明顯的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),AZ31和.AZ91合金在相同功率參數(shù)和時(shí)間參數(shù)下,表現(xiàn)出最為優(yōu)異的組織結(jié)果和性能。超聲處理功率為300W時(shí),合金組織和性能提高不大;隨著超聲處理功率提高到600W時(shí),合金組織和性能得到較大提高;但是,隨著超聲處理功率提高到900W時(shí),合金的組織明顯出現(xiàn)粗化,性能也有所下降。另外,選取不同超聲處理時(shí)間對(duì)超聲處理時(shí)間對(duì)AZ31和

4、AZ91鎂合金進(jìn)行超聲處理發(fā)現(xiàn),在超聲處理時(shí)間為50s時(shí),合金組織和性能提高不大;當(dāng)超聲處理時(shí)間提高到100s時(shí),合金組織和性能達(dá)到最大值;而超聲處理時(shí)間增加到150s,合金組織出現(xiàn)粗化,晶粒大小不均等現(xiàn)象,性能也有所下降。這說(shuō)明超聲處理功率和時(shí)間參數(shù)為超聲設(shè)備自身的輸出能力,與合金液沒(méi)有直接關(guān)系。隨著超聲功率和時(shí)間的增加,合金組織和性能都有明顯改善,但是當(dāng)達(dá)到一定值后,由于超聲波對(duì)合金液的熱效應(yīng)增加,使得合金組織粗化,力學(xué)性能下降。<

5、br>　　 由上述實(shí)驗(yàn)可確定優(yōu)異超聲處理功率參數(shù)為600W,時(shí)間參數(shù)為100s,為了確定超聲溫度參數(shù)對(duì)于.AZ31和.AZ91鎂合金組織和性能的影響,在不同溫度下對(duì)合金液進(jìn)行超聲處理。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),AZ31鎂合金在過(guò)熱度為50K時(shí),獲得最為優(yōu)異的組織和力學(xué)性能:而AZ91鎂合金在過(guò)熱度為30K時(shí),合金顯微組織均勻,晶粒尺寸最為細(xì)小,力學(xué)性能達(dá)到峰值。說(shuō)明超聲處理溫度參數(shù)與超聲處理功率和時(shí)間參數(shù)不同,它與合金液成分有著密切關(guān)系,因?yàn)槌暡ㄔ?/p>

6、合金液中的傳遞存在著衰減,而其主要影響因素就是合金液的粘度,合金液粘度越大,超聲波傳遞阻力越大,傳輸阻力越大,超聲波對(duì)于合金液的影響越小。因此,可以確定超聲設(shè)備的最佳工藝參數(shù)為600W和100s,溫度參數(shù)與選取合金有關(guān)。
　　 在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,為了考察超聲處理對(duì)稀土鎂合金組織和性能的影響,選取Mg-5Zn-2Er鎂合金進(jìn)行超聲處理,可確定超聲處理功率為600w,超聲處理時(shí)間為100s,而進(jìn)行不同溫度下超聲處理以便確定超聲處理

7、溫度工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),超聲處理后Mg-5Zn-2Er鎂合金的物相并沒(méi)有發(fā)生變化,在超聲處理過(guò)熱度為50K時(shí),超聲處理Mg-5Zn-2Er合金組織細(xì)小,室溫和高溫下合金力學(xué)性能最為優(yōu)異。
　　 基于以上實(shí)驗(yàn),結(jié)合凝固理論和聲學(xué)理論,對(duì)超聲波處理細(xì)化機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)分析。分析表明空化氣泡在膨脹過(guò)程導(dǎo)致微區(qū)過(guò)冷和氣泡閉合形成的高壓提高了合金形核速率,從而使組織的到細(xì)化,合金性能得到提高。而且超聲波產(chǎn)生的空化泡的吸附作用,能夠有效凈化合