az91鎂合金定向凝固工藝及組織研究

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1、AZ91鎂合金定向凝固工藝及組織研究摘要：研究表明：在定向凝固過程屮，溫度梯度是重要參數(shù)之一，代表了定向凝固設(shè)備的主要性能指標；溫度梯度越高，其定向凝固組織的連續(xù)性就越好。關(guān)鍵詞：AZ91鎂舍金；定向凝固；顯微組織鎂合金是在工程應(yīng)用中密度最低的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有高比強、高比模、高阻尼、電磁屏蔽以及優(yōu)異的鑄造、切削加工性能和易回收等特點。在汽車、電子、航空、航天、國防等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值和廣闊應(yīng)用前景，被譽為“21世紀綠色工程材料”。目前鎂及鎂合金材料的研究己成為世界性的熱點。而定向凝固技術(shù)W是20世紀60年代發(fā)展起來的一種鑄

2、造新工藝，它是指在凝固過程中采用強制手段，在凝固金屬和未凝固熔體中建立起沿特定方向的溫度梯度，從而使熔體在型壁上形核后沿著與熱流相反方向，按照要求的結(jié)晶方向進行凝固，成平行的柱狀晶，這種組織具有方向性，沿柱狀晶方向的力學性能特別優(yōu)異。目前國內(nèi)在定向凝固方面主要集屮在高溫合金領(lǐng)域，而對鎂合金的定向凝固研究很少。本實驗主要是通過對鎂合金進行定向凝固，研究其組織的晶粒結(jié)構(gòu)以及形態(tài)，使鎂合金的力學性能得到相應(yīng)的改變與提高。1.定向凝E原理:定向凝固技術(shù)是利用晶體的生長方向與熱流方向平行且相反的自然規(guī)律，在鑄型中建立特定方向的溫度梯度，使

3、熔融合金沿著與熱流相反的方向，按照要求的結(jié)晶取向進行凝閻的鑄造工藝。2試驗2.1實驗材料本實驗采用的是標準工業(yè)用AZ91鎂合金。其化學成分（質(zhì)量分數(shù)）：9.1%A1，0.81%Zn,0.27%Mn，其它雜質(zhì)小于0.02%。2.2實驗設(shè)備本文中實驗設(shè)備為自己設(shè)計實驗設(shè)備，熱電偶，氬氣瓶，溫度測量計，石棉，鋼絲。2.3試樣制備在進行定向凝M前，要制備好用于定向凝冏的試樣。本實驗中定向凝岡試樣的規(guī)格為08Omm-2OOmm,采取氣體保護真空吸鑄法制作。。圖1所示為:工藝流程：將試樣放入容器屮，容器外圍用石棉包裹，然后用鋼絲固定，起到保

4、溫作用，試樣在真空和惰性氣體保護狀態(tài)下放入加熱爐中并按加熱工藝進行加熱，到達所要求的溫度保溫后，開始進行熔煉。并每隔5分鐘用熱電偶測出爐內(nèi)溫度分布情況，在工藝中，加熱器由耐熱鋼制成，其規(guī)格為080mmx200mm，與試樣直徑相差不大，其傳熱方式主耍以加熱傳熱為主，因此，一方而加熱速率比較慢，男一方而影響溫度梯度的提高，經(jīng)測量，溫度梯度是10K/i?。同時由于鎂在高溫卜*易氧化，所以必須在真空或惰性氣體保護條件下使用。況且鎂在高溫下蒸發(fā)比較嚴重，揮發(fā)出來的鎂蒸汽附著在發(fā)熱器表面，導致發(fā)熱器熱傳導受阻甚至損壞，對定向凝固組織產(chǎn)生不利

5、影響。實驗選擇在380和410°C進行固溶處理，固溶時間6h。時效在410°CX24h固溶之后進行，時效溫度分別為150、200和250°C,時效時間12h。當鑄錠熔煉以后從加熱爐中取出，用冷水在模具底部進行冷卻，使其產(chǎn)生一定的溫度梯度，進行定向凝固處理。所有試樣均采用苦味酸顯示組織(腐蝕液配比:苦味酸：1.5g+乙醇:25ml+乙酸5ml+蒸餾水10ml)。采用光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)進行組織觀察:2.9普通凝固鑄態(tài)顯微組織a）四周持續(xù)加熱試樣A面周持續(xù)加熱試樣B面b)U!所得到的縱向剖面組織固組織在定向凝固鎂合金

6、中，工藝A和工藝B的鎂合金凝固組織有明顯的不同。工藝A中，在試樣縱向剖面上，二次相(Mgl7Al12)呈縱向條狀平行分布,且與熱流方向平行。在橫剖面上組織呈球狀或胞狀，二次相彌散程度加強。如圖a、圖b所示。工藝B屮，在縱向截面的二次相(Mg17Al12)以連續(xù)的棒狀分布且方向一致。在橫向截面上組織呈胞狀且各自的趨向不同。如圖c、圖d所示。比較兩種工藝所得到的組織可以發(fā)現(xiàn)，雖然加熱溫度和晶體生長速度相同，但由于溫度梯度發(fā)生較大變化，導致了定向凝M組織的截然不同。溫度梯度越高，其定向凝固組織的連續(xù)性就越好。3結(jié)論在定向凝鬧過程中，溫

7、度梯度是重要參數(shù)之一，代表了定向凝冏設(shè)備的主要性能指標。溫度梯度越高，其定向凝固組織的連續(xù)性就越好。