鎂合金超聲處理細化機制及工藝研究.pdf

1、鎂合金具有密度小、比強度高、阻尼性能好及電磁屏蔽好等優(yōu)點,在汽車、電子、通訊等工業(yè)領(lǐng)域得到了日益廣泛的應用。但是在鎂合金的廣泛應用中,改善其塑性變形能力仍然是一個非常關(guān)鍵的問題。實踐證明,細小等軸晶組織能有效地提高鎂合金的機械性能。因此找到一種實用有效的工藝來細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、無污染的物理細晶技術(shù),能顯著的細化金屬的凝固組織。但是至今人們對于超聲細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,并對超聲細化鎂合金凝固組織的作用機制及工藝參數(shù)的優(yōu)化進行探討。本文以傳統(tǒng)鑄造鎂合金AZ31和.AZ91為例,進行合金超聲熔體處理,對超聲細化鎂合金的機制和工藝進行細致研究,找到超聲處理中各個工藝參數(shù)對于合金的影響,確定優(yōu)異工藝參數(shù),并且將其應用于Mg-5Zn-2Er合金中。為了研究超聲處理工藝各個參數(shù)對于合金的影響,本文首先采用應用較為廣泛的AZ31和AZ91鎂合金作為實驗對象。對AZ31和AZ91鎂合金分別采用不同超聲功率、超聲

3、處理時間和不同超聲處理溫度實驗。研究表明超聲處理功率,時間和溫度對合金的組織和性能均有較為明顯的影響。實驗發(fā)現(xiàn),AZ31和.AZ91合金在相同功率參數(shù)和時間參數(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,合金組織和性能提高不大;隨著超聲處理功率提高到600W時,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,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間對超聲處理時間對AZ31和

4、AZ91鎂合金進行超聲處理發(fā)現(xiàn),在超聲處理時間為50s時,合金組織和性能提高不大;當超聲處理時間提高到100s時,合金組織和性能達到最大值;而超聲處理時間增加到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。這說明超聲處理功率和時間參數(shù)為超聲設(shè)備自身的輸出能力,與合金液沒有直接關(guān)系。隨著超聲功率和時間的增加,合金組織和性能都有明顯改善,但是當達到一定值后,由于超聲波對合金液的熱效應增加,使得合金組織粗化,力學性能下降。<

5、br>　　 由上述實驗可確定優(yōu)異超聲處理功率參數(shù)為600W,時間參數(shù)為100s,為了確定超聲溫度參數(shù)對于.AZ31和.AZ91鎂合金組織和性能的影響,在不同溫度下對合金液進行超聲處理。實驗發(fā)現(xiàn),AZ31鎂合金在過熱度為50K時,獲得最為優(yōu)異的組織和力學性能:而AZ91鎂合金在過熱度為30K時,合金顯微組織均勻,晶粒尺寸最為細小,力學性能達到峰值。說明超聲處理溫度參數(shù)與超聲處理功率和時間參數(shù)不同,它與合金液成分有著密切關(guān)系,因為超聲波在

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)。
　　 在上述實驗的基礎(chǔ)上,為了考察超聲處理對稀土鎂合金組織和性能的影響,選取Mg-5Zn-2Er鎂合金進行超聲處理,可確定超聲處理功率為600w,超聲處理時間為100s,而進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)。實驗發(fā)現(xiàn),超聲處理后Mg-5Zn-2Er鎂合金的物相并沒有發(fā)生變化,在超聲處理過熱度為50K時,超聲處理Mg-5Zn-2Er合金組織細小,室溫和高溫下合金力學性能最為優(yōu)異。
　　 基于以上實驗,結(jié)合凝固理論和聲學理論,對超聲波處理細化機理進行了系統(tǒng)分析。分析表明空化氣泡在膨脹過程導致微區(qū)過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