高性能鎂合金電磁改性技術(shù)研究.pdf

1、航空航天和汽車工業(yè)對(duì)輕質(zhì)合金的需求不斷增長(zhǎng)，使得新材料和先進(jìn)加工技術(shù)也得到了很大發(fā)展。由于鎂合金在物理、機(jī)械和鑄造方面具有優(yōu)越的性能，例如：比強(qiáng)度和比剛度高，鑄造性能優(yōu)異，密度低，抗震性能好，熱和電導(dǎo)率高等等，被認(rèn)為是輕質(zhì)結(jié)構(gòu)件的理想材料。然而，鎂合金也具有低硬度，有限的強(qiáng)度，高的化學(xué)反應(yīng)能力以及極差的電腐蝕性能等缺點(diǎn)。以材料加工，磁流體動(dòng)力學(xué)及材料科學(xué)與工程為基礎(chǔ)的電磁加工技術(shù)被認(rèn)為是一種重要的前沿加工技術(shù)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于提高合金的

2、性能，例如，利用磁場(chǎng)和感應(yīng)電流之間的相互作用來(lái)對(duì)液體金屬產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)、攪拌、凈化、傳輸和形狀控制等作用。 本文分別將軟接觸電磁連鑄、電磁攪拌和強(qiáng)磁場(chǎng)三種技術(shù)應(yīng)用到鎂合金制備過(guò)程中，研究了各種電磁場(chǎng)對(duì)鎂合金微觀組織和性能的影響，得出了以下主要的結(jié)論：自行設(shè)計(jì)、建立了適合于鎂合金的電磁連鑄成型系統(tǒng)與保護(hù)系統(tǒng)。在對(duì)鎂合金電磁連鑄的實(shí)驗(yàn)缺陷分析后，確定出本實(shí)驗(yàn)條件下較為合適的工藝參數(shù)：電源頻率2500Hz，功率10kW；澆注溫度710～73

3、0C；液面控制在感應(yīng)線圈上沿±2mm處；對(duì)于Φ80mm鎂合金鑄錠，穩(wěn)定拉速(V2)為1.5mm/s，Φ120mm為V2=1.08mm/s；冷卻水量為0.6～1.0m3/h。并在此參數(shù)下得到了質(zhì)量較好的鎂合金鑄錠。軟接觸電磁連鑄鑄錠具有細(xì)小、均勻的顯微組織；且原本在金屬模鑄錠、普通連鑄錠中在晶界上大量析出的β相，在電磁連鑄錠中析出減少，并呈現(xiàn)彌散分布的形式。這些組織上的改變，會(huì)改善鎂合金的性能。軟接觸電磁連鑄力學(xué)性能有很大提高。Φ80mm

4、鑄錠與金屬模鑄錠比較，常溫抗拉強(qiáng)度和延伸率分別提高了約30％和27％Φ120mm鑄錠與普通連鑄錠比較，抗拉強(qiáng)度和延伸率亦提高了約33％和42％。斷口形貌顯示軟接觸連鑄錠具有更多的韌性斷裂特征。同時(shí)，軟接觸連鑄錠的宏觀硬度比照普通連鑄錠也有很大提升：邊部提高了14％，心部提高了23％。在3.5％NaCl溶液中的動(dòng)電位極化測(cè)試表明，軟接觸電磁連鑄鑄錠耐腐蝕性能有很大的提高。軟接觸電磁連鑄鎂合金(φ80mm)的腐蝕電壓為-1.41V，腐蝕電壓

5、附近的腐蝕電流密度為3.581μA/cm2。相對(duì)于模鑄錠，腐蝕電壓上升，腐蝕電流下降，耐蝕性能提高。另外，腐蝕形貌也驗(yàn)證了這一結(jié)果。 設(shè)計(jì)制造以永磁體為工作介質(zhì)的電磁攪拌裝置，建立了電磁攪拌作用模型。通過(guò)分析得出微體積元在永磁體攪拌過(guò)程中在徑向和切向上均受到周期變化的作用力。該作用力的大小對(duì)改變凝固組織有重要的作用。永磁體攪拌細(xì)化了AZ61鎂合金的組織，提高了β相的析出量和分布均勻性，但對(duì)Zn元素的分布影響很??；永磁體攪拌提高了

6、鎂合金枝晶間的補(bǔ)縮能力，同時(shí)也降低了氣體的溶解度。β相析出量與基體抗腐蝕能力不是正向關(guān)系。由于電流效應(yīng)，β相含量的少量增加不會(huì)增加基體的防腐能力，反而加速基體的腐蝕；只有當(dāng)β相含量足夠多時(shí)，β相才會(huì)對(duì)基體有保護(hù)作用，提升基體抗腐蝕能力。強(qiáng)磁場(chǎng)明顯細(xì)化了AZ61鎂合金顯微組織。施加強(qiáng)磁場(chǎng)使得β相的析出形式發(fā)生變化，即由混合析出轉(zhuǎn)變成以連續(xù)性析出為主。強(qiáng)磁場(chǎng)使得鎂合金的凝固產(chǎn)生了擇優(yōu)取向：α-Mg的c軸會(huì)以平行外界強(qiáng)磁場(chǎng)方向的方式排列，強(qiáng)磁