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镁合金的晶粒细化、部分重熔及触变成形

王瑞权  
【摘要】: 镁合金是目前应用的最轻的金属结构材料,具有巨大的应用潜力,而且半固态成形被认为是镁合金最有发展前途的新型成形技术。由于触变成形在半固态金属坯料的加热、输送过程中比较方便,容易实现自动化操作,因此触变成形是当前金属半固态成形的主要工艺方法。然而,铸态镁合金组织比较粗大,严重影响其半固态组织,同时影响其机械性能,因此我们要对镁合金进行细化,以获得均匀细小的半固态组织。 本文通过向AZ91和AM60合金中加入Al-Ti-B或MgC03进行细化,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、带能谱分析(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)等分析手段较系统地研究了Al-Ti-B和MgC03对AZ91和AM60合金组织和性能的影响及作用机理,并对细化前后镁合金在部分重熔中的组织演变和触变成形进行了研究。研究结果表明: 细化剂的加入量、加入温度、熔体的保温时间、冷却速率、锭料尺寸等对镁合金晶粒大小和微观组织有着不同程度的影响。在750℃向AZ91D镁合金中加入0.3%的Al-Ti-B后保温30min,晶粒的平均尺寸从4221μm减小到76μm;在780℃向AM60B镁合金中加入0.3%的Al-Ti-B后保温30min,晶粒的平均尺寸从328μm减小到73μm;在790℃向AM60B镁合金中加入1.2%的MgC03后保温10min,晶粒的平均尺寸减小到69μm.Al-Ti-B细化镁合金的机理主要是生成了TiB2,一部分做为形核质点,多余的TiB2质点在晶界上起钉扎作用,共同抑制晶粒生长,使得镁合金晶粒细化。MgC03细化镁合金的机理主要是生成了Al4C3,做为形核质点,抑制晶粒生长,使得镁合金晶粒细化。 通过对部分重熔试样的液相率、相变和温度分析表明,保温20min后,经Ak-Ti-B变质细化后的Φ15mm×15mm的AZ91D镁合金试样内部才‘达到固-液平衡。在部分重熔过程中,经细化剂处理的镁合金的组织演变过程可分为以下阶段:因枝晶间共晶组织的溶解而导致的初期快速粗化阶段、剩余共晶组织的熔化以引起的组织分离阶段、初生固相颗粒部分熔化所致的球状化阶段和最后的因合并和Ostwald熟化引起的粗化阶段。与没有细化的铸态镁合金相比,晶粒细化后半固态组织中初生颗粒的尺寸减小,形状圆整。铸态组织越细小,半固态组织的初生颗粒尺寸越小、形状越圆整。 通过改变压射速度、锭料保温时间和保温温度工艺三个工艺参数,考察了这三个工艺参数对MgCO3细化AM60合金压铸件组织和机械性能的影响。结果表明,在610℃加热130min、压射速度为3m/s时,触变成形材料的组织和性能综合效果较好,此时的抗拉强度达到176MPa。


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