半连续镁合金锭铸态组织研究

【摘要】： 变形镁合金具有重量轻、比强度和比刚度高、阻尼减震性好、能承受较大的冲击载荷等优点,在众多领域都得到了越来越广泛的应用。为了减少变形镁合金锭坯的缺陷,降低锭坯的宏观偏析程度,提高变形镁合金半连续锭的铸态组织质量,逐渐产生了热顶铸造、电磁连铸等连铸新技术新工艺,但是这些新工艺设备较复杂,成本也随之增加,普及程度远不及传统的半连续铸造。 本文作为国家重点基础研究发展规划“973”项目《镁合金半连续铸锭的组织表征与质量评判》的部分内容,拟采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差热分析仪(DSC)等检测手段,通过考察几种典型的变形镁合金锭坯在传统的半连续铸造过程中,不同的二次冷却水量、铸造速度及铸锭尺寸对凝固组织和合金元素宏观偏析的影响规律,以及不同含量的稀土元素Ce对ZK20半连续镁合金铸锭的组织影响,评定了各种条件下的铸坯组织优劣,为镁合金大规模的半连续铸造生产提供工艺上的指导。 研究结果表明: ①在传统的半连续铸造条件下,AZ31镁合金铸锭组织在一定程度上随着二次冷却水量和铸造速度的增大而逐步细化,当二次冷却水量为58L/min,铸造速度为16cm/min时能够获得尺寸细小、组织均匀的Φ90AZ31镁合金半连续铸锭。 ②通过比较各种直径的AZ系镁合金半连续铸锭横截面的组织得出,Φ100镁合金铸锭呈现出铸锭中心组织细小,边缘组织粗大的异常现象,其他直径的铸锭组织均为典型的铸锭组织特征,即中心组织粗大,而距离二次冷却水近的边缘组织细小;直径为Φ165,Φ170的镁合金铸锭边缘区域存在明显粗大的柱状晶区;随着铸锭直径的增加,铸锭径向的组织越来越均匀,但当直径为Φ500时,AZ91的铸锭尺寸较大,铸锭中心区域几乎接受不到二次冷却水的激冷作用,晶粒明显粗大,径向组织差别明显,整体上均匀性变差。 ③通过分析各种直径的AZ系镁合金半连续铸锭纵截面的组织得出,镁合金铸锭纵截面的组织同横截面组织相比没有太大的区别,但在各种铸锭接近边缘的纵截面处由于受到二次冷却水单向导热作用的影响,均存在一定量的长条枝晶。 ④AZ系半连续镁合金中的溶质元素Al和Zn的偏析程度随着铸锭直径的增大而减小,综合分析各种直径的铸锭,Φ300AZ31镁合金铸锭横截面径向组织和溶质元素的分布最均匀,溶质元素的宏观偏析程度最小。 ⑤稀土元素Ce具有细化镁合金组织的作用。向Mg-1.5Zn-0.2Zr半连续镁合金中加入质量百分比为0.3%的Ce能获得析出相最为弥散、细化效果最好的均匀的组织;加入Ce后的Mg-1.5Zn-0.2Zr镁合金半连续铸锭从中心到边缘,晶内析出相逐渐减少,甚至消失。