消失模鑄造鎂合金組織及性能研究.pdf

1、本文從目前應(yīng)用最普遍的AZ91鎂合金入手，探討它在消失模鑄造條件下的組織及性能，發(fā)現(xiàn)其存在的問(wèn)題，然后“對(duì)癥下藥”，通過(guò)物理變質(zhì)、成分改性和熱處理工藝等多種措施，旨在獲得一種新的適用于消失模鑄造工藝特點(diǎn)的鎂合金，這將是一件具有重大實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和學(xué)術(shù)價(jià)值的事。 首先，利用電觸點(diǎn)法對(duì)AZ91合金在消失模鑄造下的流動(dòng)特性及傳熱特性作了研究。結(jié)果表明，AZ91合金熔液以放射狀平穩(wěn)地向前逐層置換泡沫，充型速度呈現(xiàn)快慢交替變化。在各工藝因素中

2、，澆注溫度及真空度對(duì)充型速度的影響最大。充型時(shí)合金液前緣冷卻很快，導(dǎo)致溫度下降很大，合金以液固混合狀態(tài)充填模型，再加之AZ91合金凝固區(qū)間較大（128℃），這樣就易于產(chǎn)生鑄造缺陷，因而很有必要改變合金的凝固特性。 其次，對(duì)消失模鑄造下AZ91合金的組織及性能作了詳盡探究。結(jié)果表明，消失模鑄態(tài)AZ91合金由初生相α－Mg、沉淀相Mg17Al12及新相Al32Mn25組成，共晶組織呈離異形式，基體與共晶沉淀相之間溶質(zhì)元素（鋅及鋁）較小

3、的分配系數(shù)是產(chǎn)生離異共晶的最主要原因。由于泡沫模樣的激冷作用及緩沖作用，消失模鑄態(tài)合金的力學(xué)性能優(yōu)于砂型鑄態(tài)合金，但與壓鑄及金屬型鑄件相比仍顯不高，有必要引進(jìn)改性，以提高其力學(xué)性能。 AZ91合金在各種熱處理?xiàng)l件下的組織及性能演變表明，合金元素在熱處理過(guò)程中擴(kuò)散較慢，低溫時(shí)效時(shí)，沉淀相以塊狀在晶界處不連續(xù)生成，而在高溫時(shí)效時(shí)，沉淀相在晶內(nèi)及晶界處呈彌散狀態(tài)分布。熱處理能夠大大改善AZ91合金的綜合力學(xué)性能，高溫時(shí)效對(duì)提高合金的強(qiáng)度

4、及加工硬化率尤為有利。通過(guò)測(cè)定硬度及電阻率對(duì)時(shí)效過(guò)程動(dòng)力學(xué)作了研究，并根據(jù)缺陷和沉淀相數(shù)量、大小、組態(tài)的改變對(duì)電阻率的變化作了較好的詮釋。 為了改性AZ91合金，首次采用機(jī)械振動(dòng)及熔體混合處理技術(shù)兩種物理變質(zhì)的方法，對(duì)AZ91合金在消失模鑄造條件下的組織形貌和力學(xué)性能作了研究。結(jié)果表明，機(jī)械振動(dòng)能顯著地細(xì)化AZ91合金的組織，改善機(jī)械性能，當(dāng)激振力為1.5KN時(shí)，合金抗拉強(qiáng)度最高(相對(duì)于不振動(dòng)提高27﹪)，而當(dāng)激振力進(jìn)一步增加時(shí)，

5、由于組織中存在著微觀縮松，強(qiáng)度有所降低。機(jī)械振動(dòng)法通過(guò)增大形核過(guò)冷度、剪切力碎化枝晶、使枝晶臂熔斷及增加游離激冷晶的數(shù)目來(lái)細(xì)化晶粒。熔體混合處理能夠細(xì)化AZ91的組織，并顯著提高機(jī)械性能（當(dāng)混合溫度為720℃時(shí)抗拉強(qiáng)度比不變質(zhì)時(shí)提高24﹪），其效果強(qiáng)于傳統(tǒng)的高溫變質(zhì)。熔體混合處理通過(guò)在混合液體中產(chǎn)生更多的核胚以增加形核位置，來(lái)細(xì)化枝晶組織。另外，還首次采用以Cd和混合稀土（MM）為合金化元素，在消失模鑄造條件下對(duì)AZ91合金的力學(xué)性能及

6、凝固范圍進(jìn)行了化學(xué)改性。結(jié)果表明，Cd和MM的復(fù)合加入能夠硬化、強(qiáng)化及韌化AZ91合金，0.5Cd+0.6MM為最佳的成分配比，新型的AZ91合金成分定為AZ91+0.5Cd+0.6MM。其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、硬度和沖擊韌性分別比傳統(tǒng)AZ91合金(澆注溫度710℃)分別提高21.2﹪、13.1﹪、30.5﹪、27.5﹪和61.5﹪，分別達(dá)到123MPa、177MPa、3.08﹪、69.5HB和10.5J/mm2。差熱分析試驗(yàn)表明

7、，AZ91+0.5Cd+0.6MM合金液相線溫度最高為655.05℃，最低為606.55℃，凝固區(qū)間僅為48.5℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于AZ91合金的凝固范圍（128℃）。縮小的凝固區(qū)間能夠提高改性合金的工藝性能，而高的液相線溫度有利于減少合金熔鑄時(shí)的氧化燒損，并能夠相應(yīng)提高澆注溫度，增加合金熔體的流動(dòng)及補(bǔ)縮能力。消失模鑄態(tài)AZ91+0.5Cd+0.6MM合金組織由基體相、Mg17Al12、Al3.1Ce(La)和Al8.8Mn5Ce(La)相組成

8、。Al3.1Ce(La)沉淀相的基本形態(tài)是板條狀和塊狀，Al8.8Mn5Ce(La)相是Al3.1Ce(La)和Al8Mn5共同長(zhǎng)大的結(jié)果。消失模鑄態(tài)AZ91+0.5Cd+0.6MM合金以小解理形式成穿晶斷裂，Al3.1Ce(La)及Mg17Al12沉淀相阻止了位錯(cuò)的滑移運(yùn)動(dòng)，起到了韌化作用。 還研究了固溶及時(shí)效處理對(duì)AZ91+0.5Cd+0.6MM合金組織形態(tài)演變及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，Al3.1Ce(La)和Al8.8Mn