铸造镁合金的晶粒细化技术
多向锻造法细化镁合金晶粒分析
-34-科学技术创新2019.06多向锻造法细化镁合金晶粒分析左巍程有树(内蒙古工业大学工程训练教学部，内蒙古呼和浩特010000)摘要:随着时代的不断发展进步，近年来我国各行业都取得了长足的发展。
为了推动各城市的发展，建筑工程行业在其中起到了不可磨灭的作用。
尤其近年来城市化发展的步伐不断加快，同时，对于建筑工程的质量也逐渐提高。
为了进一步提高建筑工程的应用水平，需要从其应用材料出发，寻找适合建筑工程应用的高质量材料。
经过不断的研究发现，镁合金在建筑工程应用中取得了不错的效果,但是随着信息化技术更新的速度不断加快，也需要加强对镁合金制造的方法创新。
只有这样才能更好地推动我国建筑行业以及我国其他行业的发展进步。
关键词:多向锻造法、镁合金晶粒、方法分析，改进策略中图分类号:TG319文献标识码：A目前，镁合金在工程应用中取得了很好的效果，不仅可以提高建筑工程的应用质量，可以不断加强对镁合金制造方法的研究，从而更好地扩大其应用范围。
镁合金是目前工程应用中最轻的结构材料，和铝合金、钛合金并称为三大轻金属结构材料。
镁合金具有比强度高、比刚度高、阻尼减震性好、尺寸稳定性好、机加工方便、易于回收等优点。
因此，镁合金的应用及发展前景是不可估量的。
在实际应用中，针对其存在的问题要积极改进,在制造方法上要不断创新，实现新的突破。
接下来，本文将结合自己多年的实践工作经验,就多向锻造法细化镁合金晶粒分析这一问题展开具体的论述。
仅供参考。
1关于多向锻造法细化镁合金晶粒分析研究现状分析文章编号：2096-4390(2019)06-0034-02关于多向锻造法细化镁合金晶粒分析研究现状分析将从两个方面做岀具体的介绍。
一方面，多向锻造法细化镁合金晶粒在实际应用中取得了非常好的效果，利用力学知识，不仅有效地提高了镁合金的延展性，同时还推动了我国建筑工程行业的发展。
保证了施工过程的安全性以及其他行业的发展。
另一方面,由于受到一些外界因素的影响，分析研究过程中可能会受到一些不利因素，从而降低了镁合金的性能。
铸造时细化晶粒的方法
铸造时细化晶粒的方法铸造是一种将熔化金属注入模具中，待其冷却凝固后取出所需形状的制造工艺。
在铸造过程中，晶粒的细化是提高金属材料性能的重要手段之一、细化晶粒可以提高材料的强度、硬度和韧性等力学性能，同时还能改善材料的耐磨性、耐腐蚀性和耐疲劳性等性能。
本文将介绍几种常用的细化晶粒的方法。
1.添加细化剂：细化剂在铸造过程中能够吸附在晶界处，阻碍晶粒生长，从而使晶粒细化。
常用的细化剂有铝、钛、锆等金属或它们的化合物。
这些细化剂可以直接添加到金属熔体中，或者通过修改熔体的成分来引入。
2.控制冷却速度：晶粒的尺寸和形貌受到冷却速度的影响。
通过控制冷却速度可以实现晶粒细化。
较快的冷却速度有利于形成细小的晶粒。
可采取的措施包括增加冷却介质的温度和流速、增加模具的导热系数等。
3.磨削处理：磨削处理是一种通过机械剪切或磨擦热来实现晶粒细化的方法。
传统的磨削方法包括滚压、挤压、拉拔等。
这些方法可以通过施加强大的机械应力来使晶粒重新排列，并逐渐减小其尺寸。
4.压力处理：压力处理是指在铸造过程中施加外界压力来改变金属材料的晶粒结构。
通过施加很高的压力，晶粒可以发生形变和再结晶，从而细化晶粒。
常用的压力处理方法有等温压力处理和等温等变压力处理等。
5.选择合适的结晶核心：结晶核心可以作为晶粒生长的起点，选择合适的结晶核心有助于细化晶粒。
可以通过在熔体中添加具有良好晶格匹配的物质来增加结晶核心的数量，并促使晶粒细化。
以上几种方法不仅可以单独应用，也可以根据具体情况进行组合使用。
细化晶粒可以使材料的力学性能得到明显的提高，对于提高铸件的性能和延长使用寿命具有重要意义。
因此，在实际生产中，需要根据所需铸件的性能要求和材料特性，综合选择合适的方法来细化晶粒。
镁合金的晶粒细化工艺
Vol 50 No7J u l.2001铸造F O UN D R Y3 73专题综述镁合金的晶粒细化工艺张世军, 黎文献, 余琨, 谭敦强( 中南大学材料科学与工程系, 湖南长沙41 00 83 )摘要: 综述了镁合金晶粒细化的几种工艺方法, 如采用加入几种含Zr 和C 等元素的晶粒细化剂或过热处理细化铸造组织的液态工艺、半固态成形工艺、采用等静道角压( E CA E) 或大比率挤压等的铸锭变形工艺、铸造粉末冶金成形工艺。
细小等轴的晶粒组织可改善镁合金塑性变形能力, 晶粒细化工艺对镁合金的广泛应用起着非常重要的作用。
关键词: 镁合金; 晶粒细化工艺; 综述中图分类号: T G290 2; T G146 2+ 2 文献标识码: A 文章编号: 1001 4977 ( 2001) 070373 03 The G r a i n R e f i n e m e n t P r o c e ss e s of M a gn e s i u m A ll o y sZH AN G S h i j un,LI Wen x i a n,Y U Kun, TAN Dun q i a n g(Department of M a t e r i a l s S c i e n c e and E n g i n ee r i n g, C e n tr a l South U n i v e r s i t y,Changsha 410083, Hunan, C h i n a)Abs tract: In t h i s paper, the g r a i n r e f i nement p r o c e ss e s of m a gn e s i u m a l l o y s are r e v i ewed. Su ch as t h e li qu i d s tate p r o c e ss e s by u s i ng the g r a i n r e f i ner c on t a i n i ng Zr and C or the e xt e r n a l energy by s u p e r h ea t i ng the li qu i d m a gn e s i u m a l l o y, the s e m i s o l i d f o r m i ng process, the s o li d state p r o c e ss e s i n c l ud i ng the e qu a lc h a nn e l a ngu l ar e xtr u s i on( ECAE) or the e xtr ud i ng w i th a h i gh r a t i o, and the powder m e t a l l u r g y p r o c e ss.The f i ne e qu i axed c ry s t a l s structure c ou l d make the f o r m i ng a b il i ty of m a gn e s i u m a l l o y s better. And t h eg r a i n r e f i n ement p r o c e ss e s of m a gn e s i u m a ll oys p l ay a s i gn i f i cant r o l e to the w i d e r a pp li cat i on of m a gn e s ium a l l o y s.Keywords: m a gn e s i u m a l l o y s;g r a i n r e f i n ement proces ses; r e v i e w镁合金不仅具有重量轻( 纯镁的密度为1 74g/c m3, 镁合金的密度为1 75~1 90g / c m3) 、比强度和比刚度高的特点 1 , 而且还具有优良的阻尼性能、较好的尺寸稳定性和机械加工性能及较低的铸造成本。
铝镁合金中晶粒细化技术研究
铝镁合金中晶粒细化技术研究随着现代工业的飞速发展，铝镁合金这种高强度、低密度、耐腐蚀的材料逐渐成为了制造汽车、飞机、高铁等重要设备的首选材料之一。
然而，铝镁合金在制造过程中往往会出现晶粒粗大的问题，这不仅影响其强度和塑性等性能，还可能导致产品的不良品率增加。
因此，晶粒细化技术的发展对于铝镁合金的推广和应用具有重要意义。
晶粒细化技术是指通过各种方法将晶粒的尺寸缩小至一定范围内的技术。
在铝镁合金中，可以使用液态金属处理、机械变形、热变形等方法进行晶粒细化。
液态金属处理可以通过在浇铸过程中加入稀土元素等抑制晶粒长大。
机械变形则通过通过高温力学处理（人工冷轧、疲劳成形、等温挤压等）对铝镁合金进行材料变形，从而导致晶粒尺寸减小。
热变形则是利用均匀加热的方式，在高温状态下对铝镁合金进行变形，从而实现晶粒细化。
液态金属处理是比较常用的细化铝镁合金结构的方法，液态金属的加入可以改变合金的结晶过程，抑制晶粒的长成，从而实现晶粒的细化。
但是该方法需要加热工艺繁琐，成本较高，同时采用该方法处理的铝镁合金不能进行加工变形，对于大型铸件或材料较繁琐的设备不能广泛应用。
机械变形方法被广泛地应用在构建材料学中，其方法简单，成本较低，经过机械变形的铝镁合金具有较高的强度和塑性等机械性能，同时其缺陷也不易被传统检测方法检测到。
但是，机械变形方法处理时对设备要求较高，地表形态的难以控制，严重影响其晶粒细化效果。
热变形方法因其设备简单，易于操作，晶粒尺寸分布较窄的特点被广泛应用于铝镁合金晶粒细化中。
其原理是在制造过程中对铝镁合金进行热压等处理，通过高温状态下的变形降低铝镁合金中的晶粒尺寸，同时热变形也是能源效率很高的材料加工工艺，所以其在实际应用中受到了广泛的关注。
除了以上几种晶粒细化技术，还有一种被称为“晶粒细化剂”的化合物。
晶粒细化剂是铝镁合金中晶粒细化的主要作用剂，与传统方法相比，该方法可以更精确地控制晶粒尺寸，同时可以改善材料的生产效率和经济性。
镁合金压铸热裂纹形成机制及工艺对策
镁合金作为一种常见的轻金属材料，常常用于汽车、航空航天等领域。
然而，镁合金在压铸加工过程中容易出现热裂纹，严重影响制品质量。
为了解决这一问题，有必要深入探讨镁合金压铸热裂纹的形成机制及相应的工艺对策。
一、镁合金压铸热裂纹形成机制1.1 晶粒细化效应晶粒细化是影响镁合金压铸热裂纹形成的重要因素之一。
镁合金中存在大量的二次晶粒，当在加热循环中晶粒尺寸大于临界尺寸时，易引起热裂纹。
1.2 合金成分镁合金中的合金成分对压铸热裂纹形成有重要影响。
一些合金元素的含量过高或者变化过大都会导致晶界偏聚，从而诱发热裂纹。
1.3 压铸工艺参数压铸工艺参数的选择对热裂纹形成也有着直接影响。
浇注温度、模具温度、模具设计等因素都会影响镁合金的凝固行为，进而影响热裂纹的形成。
二、镁合金压铸热裂纹的工艺对策2.1 晶粒细化处理通过合理的晶粒细化处理，可以有效减小镁合金晶粒的尺寸，减缓热裂纹的形成。
主要采用稀土元素的添加、合金化扩散处理等方法。
2.2 合金成分优化对镁合金中的合金成分进行优化，控制合金元素的含量和变化范围，避免晶界偏聚，减少热裂纹的发生。
采用合金化的方法，提高合金的热稳定性。
2.3 工艺参数优化在压铸过程中，合理选择浇注温度、模具温度、压铸速度等工艺参数，控制凝固过程，减少热裂纹的形成。
适当改进模具设计，提高镁合金的充型性和凝固性。
镁合金压铸热裂纹的形成机制主要包括晶粒细化效应、合金成分以及压铸工艺参数等因素。
为了有效解决该问题，可采取晶粒细化处理、合金成分优化以及工艺参数优化等工艺对策。
希望本文的内容能对相关领域的研究和实践工作提供一定的参考和帮助。
镁合金是一种重要的轻金属材料，具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，因此在汽车、航空航天等领域有着广泛的应用。
然而，在镁合金的压铸加工过程中，容易出现热裂纹问题，严重影响制品的质量和性能。
为了解决这一问题，需要深入探讨镁合金压铸热裂纹的形成机制及相应的工艺对策。
镁合金压铸热裂纹的形成机制主要包括晶粒细化效应、合金成分以及压铸工艺参数等因素。
镁合金晶粒细化的研究进展
０ 引 言
镁合 金 不 仅具 有 质 量 轻 （ 纯镁 的密度 为 １ ． ７ ４ ｇ ／ ｃ ｍ。 ， 镁 合 金 的密 度 为 ｌ ＿ ７ ５ ～１ ． ９ ０ ｇ ／ ｃ ｍ。 ） 、 比强 度 和 比刚 度 高 的特 点， 而 且还 具有 优 良的 阻尼 性 能 、 较好 的 尺 寸稳 定 性 和机 械
合金相 在热 处理 时 的固溶扩散 距 离 ， 从 而使合 金 的热处 理 效 率得 到提高 。此外 ， 细小 的晶粒还 有 助 于改 善镁 合 金 的耐 腐
蚀 性能 和加工 性 能 。 因此镁 合 金 的 晶 粒 细化 得 到 了 国 内外
的普遍 关注 和广泛 研究 。 目 前， 已得 到发 展 和研 究 的镁 合 金 晶粒 细化技术 主要 有变 质剂处 理法 、 熔体 搅拌 法 和铸 锭 变形 处 理等 。本 文 基于 国 内外 围绕镁 合 金 晶粒 细化 所 做 的工 作 ， 从 细化 方法 和细化 机 理 等 方 面综 述 了 镁合 金 晶粒 细 化技 术
镁合 金 晶粒 细化 的研 究进 展 ／ 李 玉娟 等
・１ ２ ５・
镁 合 金 晶粒 细 化 的研 究 进展
李玉娟 ， 汤爱涛
（ 重庆 大学材料科学与工程学 院， 重庆 ４ ０ ０ ０ ４ ４ ） 摘 要 综述 了变质 剂处理法、 熔体搅拌 法、 快速凝 固、 过热处理等液 态工 艺和热挤压 、 等 通道 角挤压 、 大 比率挤
压 等固态成型工 艺对镁合金 晶粒细化的研究进展 ， 系统地讨论 了细化剂细化机理 、 工艺的研 究现 状和存在 的 问题 ， 为 镁合金 晶粒细化的发展和研 究提供 一些思路和参考 。
关 键 词 镁合 金 晶粒细化 细化Байду номын сангаас法
浅谈镁合金晶粒细化的方法和意义
浅谈镁合金晶粒细化的方法和意义重庆大学材料科学与工程学院材料科学专业摘要 简述了镁合金的工程运用现状和细化晶粒的益处；以镁合金晶粒细化方法为主线，对镁合金在熔体阶段的过热处理、添加变质剂、物理场法、动态晶粒细化和快速凝固法，以及镁合金固态阶段的锻造、挤压、轧制和剧烈塑性变形等细化晶粒的方法进行了总结。
同时，归纳了镁合金细化晶粒的意义。
关键词 镁合金 晶粒细化 熔体 固态形变1 背景介绍纯镁是银白色金属，熔点651℃，密度为1.74×103kg/m3，是最轻的工程金属[1]。
镁合金具有密度低、比强度高、比刚度高、减振和抗冲击性能好等优点，而且还具有较好的尺寸稳定性和机械加工性能及低廉的铸造成本。
在汽车、电子、通信、航空航天、国防和3C 等行业都拥有广泛的应用前景。
但是镁合金密排六方的晶体结构特点，决定了在室温条件下独立滑移系少，导致室温塑性低、变形加工困难和变形容易开裂等阻碍了镁合金材料的广泛应用。
其次，镁合金强度偏低，无法应用于受力较大的工程环境，也成为镁合金大规模运用的一大瓶颈。
所有提高镁合金的室温塑性变形能力和强度有利于镁合金工程应用的普及和推广[2~5]。
细化晶粒是唯一可以提高金属构件强度的同时，又提高塑性的方法。
根据Hall-petch 公式210s -+=d k y σσ，材料的强度随着晶粒尺寸的减小而增大。
镁合金具有很大的系数k y ，所有，细化晶粒能够显著的提高镁合金的强度[6]。
而且，由于有细小均匀晶粒的材料发生塑性变形时，各晶粒分担一定的变形量，使变形更加均匀，位错在晶界处塞积少，应力集中小，材料开裂的倾向减小，从而提高材料的塑性。
2 晶粒细化方法目前用于工程和科研中有很多细化镁合金晶粒的方法，笔者综合相关论文报道将镁合金晶粒细化分为两个阶段细化：熔体阶段细化和固态形变处理细化。
2.1 熔体阶段细化2.1.1 过热处理法过热处理是浇注前将熔体温度升高并保持一段时间后再降温至浇注温度进行浇注的工艺过程。
镁合金晶粒细化
镁合金晶粒细化在金属材料生产中人们总是希望它们具有细的晶粒组织，因为晶粒越细小，其力学性能与塑性加工性能也越好。
在熔炼铸造镁合金过程中如晶粒细化处理得当，则可以降低铸件凝固过程中的热裂倾向；在熔铸变形镁合金时若锭坯具有细小均匀的晶粒组织，则不但有良好加工性能，而且材料的各项性能也更高。
因此，细化处理在镁合金熔炼铸造中是一道极为重要的关键性工序，不可等闲视之。
在熔炼铸造镁合金时，现有的细化晶粒措施有两类：变质处理和强外场作用。
变质处理就是向熔体内添加高熔点物质，形成大量的异质晶核，获得细小的晶粒组织。
强外场细化晶粒的机理就是向熔体施以电场、磁场、超声波、机械震动、搅拌等强场作用，促进熔体形核过程，并破坏已形成的枝晶，成为游离晶体，增加晶核数量，还可以强化物质传递，消除成分偏析。
快速凝固也是有效的细化镁合金组织的措施，一方面可以提高熔体内的形核率，另方面可抑制晶核长大。
目前，常用的镁合金变质剂有：含碳物质，C2Cl4和高熔点金属Zr、TiB、V等。
含碳变质剂碳虽不固熔于镁，但可与镁反应生成Mg2C3和MgC2，成为异质晶核，细化晶粒。
碳对Mg-Al系及Mg-Zn系合金有明显的晶粒细化作用，而对Mg-Mn 系合金则几乎没有细化效果。
C进入Mg-Al系合金熔体后，与Al形成大量细小、弥散的Al4C3质点，其晶格类型和晶格常数与镁的相应值很接近，是镁合金的良好形核质点，使镁合金的晶粒显著细化。
生产中常用的含碳变质剂有菱镁矿MgCO3、大理石CaCO3、白垩、石煤、焦炭、CO2、炭黑、天然气等，其中用的最多的是MgCO3与CaCO3。
MgCO3加入Mg-Al合金熔体后发生如下反应：MgCO3=MgO+CO3↑MgCO3的加入量一般为镁合金熔体质量的0.5%~0.6%，熔体温度760℃~730℃，处理时间5min~8min。
C2Cl6是镁合金的常用变质剂之一，既有除气作用又有晶粒细化效果。
加入C2Cl6后熔体中可形成Al-C-O化合物质点，是镁合金的良好结晶核心。
热处理对镁合金的晶粒细化和力学性能的提升
热处理对镁合金的晶粒细化和力学性能的提升镁合金是一种重要的结构材料，具有低密度、高比强度和良好的加工性能等优点。
然而，由于其晶粒尺寸较大，导致其强度和塑性有限。
为了进一步提升镁合金的力学性能，热处理工艺被广泛应用于镁合金的制备过程中。
本文将讨论热处理对镁合金晶粒细化和力学性能提升的机制和效果。
一、晶粒细化机制晶粒细化是指通过热处理将材料的晶粒尺寸减小，从而提高其力学性能。
在镁合金中，晶粒细化主要通过固溶处理和时效处理实现。
1. 固溶处理：固溶处理是指将镁合金加热至固溶温度，使固溶体中的合金元素溶解于镁基体中，形成无序的固溶固体溶液。
在快速冷却过程中，溶质元素会限制晶粒的长大，从而实现了晶粒细化。
此外，固溶处理还可以促进合金元素的均匀分布，提高合金的强度和塑性。
2. 时效处理：时效处理是指在固溶处理后，将镁合金在适当温度下保温一定时间，通过析出硬化相，进一步细化晶粒。
时效处理可以改善晶界的稳定性，提高合金的抗拉强度和屈服强度。
二、力学性能提升效果热处理对镁合金晶粒细化的效果进一步提升了其力学性能。
1. 强度提升：晶粒尺寸的减小可以减缓晶界滑移和晶界滑移起始的应力集中，从而提高合金的屈服强度和抗拉强度。
2. 塑性提高：晶粒细化导致晶界面积的增大，在材料的变形过程中，晶界对位错运动的阻碍作用增强，从而提高材料的塑性。
3. 疲劳寿命提升：晶粒细化同时还可以提高镁合金的疲劳强度和疲劳寿命。
综上所述，热处理对镁合金晶粒细化和力学性能的提升效果显著，有效地改善了镁合金的力学性能。
然而，热处理过程中需要注意选择适当的热处理参数，以避免出现过度固溶、过长保温等问题导致的性能下降。
此外，热处理对镁合金力学性能的影响还与合金成分、加工工艺等因素密切相关，需要综合考虑。
在今后的研究和应用中，优化热处理工艺参数，进一步提高镁合金的性能，将有望推动镁合金在结构材料领域的广泛应用。
铸造镁合金的晶粒细化技术
【Abstract】 The current research status on the grain refinement technology of zirconium free case magnesium alloys and zirconium containing cast magnesium alloys are reviewed from the aspects of grain refinement methods and theories of grain refinement.Development of new high efficient grain refiners and comprehensive research into the mechanism of grain refinement are development directions on grain refinement technology of cast magnesium alloys .
第 22 卷 第1期 Vol .2 2 No .1
材 料 科 学 与 工 程 学 报 Journal of Materials Science &Engineer4-793X(2004)01-0146-04
铸造镁合金的晶粒细化技术
氯化铁 法是在 750℃左右 的合金 液中加 入无水 氯化铁 (FeCl3)以细化晶粒 的 工艺 。 该法 可获 得 与过 热法 相 当的 晶粒细化效果 , 其操作温度较低 , 并且熔体在浇注温度下至 少可保持一小时而不降低晶粒 细化效 果 。 Elfinal 法 只对含 Mn 的合金有效 且合金的含铝量 大于 3 %, 基 于此人 们认为 其晶粒细化效果与 Fe-Mn-Al 化合物 作为结 晶核心 有关[6] 。 Zr 、Be 元 素降低了该工 艺的效果 , 导 致晶粒 粗化[5 ,6] 。 由于 加入 Fe 降低了 合金的耐蚀性 能 , Elfinal 法未 引起工 业上的 注意[ 4] 。 2.1.3 加碳变质法(Carbon Inoculation)
铸造时细化晶粒的方法
铸造时细化晶粒的方法以铸造时细化晶粒的方法为题，我们将介绍一些常用的方法和技术，以帮助读者更好地理解和应用这些方法。
铸造是一种常见的金属加工方法，通过将熔化的金属注入到模具中，并使其冷却固化，从而得到所需的产品。
而晶粒细化则是提高金属材料性能的一种重要手段。
第一种方法是通过合金化来细化晶粒。
在铸造过程中，添加适量的合金元素可以改变金属的凝固行为，从而实现晶粒细化。
常用的合金元素有钛、铌、锆等，它们可以与金属原子形成稳定的化合物或固溶体，阻止晶粒的生长，从而使晶粒变得更为细小。
此外，合金化还可以改善材料的力学性能和耐腐蚀性能。
第二种方法是通过快速冷却来细化晶粒。
当金属迅速冷却时，晶粒生长的时间变得有限，从而使晶粒尺寸变小。
这可以通过增加冷却速度来实现，例如使用冷却剂或冷却介质。
另外，还可以通过减小铸件的尺寸来增加冷却速度，例如使用薄壁结构或小尺寸的模具。
快速冷却还可以提高金属的强度和硬度。
第三种方法是通过机械加工来细化晶粒。
在铸造后，通过进行热处理或热机械加工，可以使晶粒重新结晶，从而得到更为细小的晶粒。
常用的方法有热轧、热拉伸、热挤压等。
这些方法利用了金属在高温下的塑性变形性质，使晶粒重新排列和长大，从而实现晶粒细化。
第四种方法是通过添加细化剂来细化晶粒。
细化剂是一种可以在金属熔体中形成核心的物质，它可以促使晶粒在凝固时形成更多的细小晶核，从而细化晶粒。
常用的细化剂有铝钛合金、钙硅合金等。
这些细化剂可以通过溶解在金属熔体中，形成一种细小的颗粒或化合物，从而提供更多的晶核，使晶粒细化。
第五种方法是通过电磁场作用来细化晶粒。
在铸造过程中，可以利用电磁场的作用来影响金属的凝固行为，从而实现晶粒细化。
例如，通过施加交变电磁场，可以改变金属熔体中的流动模式，促使晶核形成更多的细小晶粒。
此外，还可以利用电磁搅拌技术来改善金属的凝固结构，实现晶粒细化。
通过以上几种方法和技术，可以有效地细化铸造时的晶粒。
这些方法在实际应用中具有一定的局限性和适用范围，需要根据具体的材料和工艺条件进行选择和优化。
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工艺 , 该法因操作温度低 、细化效果衰退小 已成为 Mg-Al 类 镁合金最主 要的 晶粒 细化技 术[ 4 ～ 6, 8] 。 加 碳变质 法要 求合 金的铝含量至少为 0.5%, Zr 、Be 、Ti 和某些稀土元 素对晶粒 细化起遏止作用 。 可作为 晶粒细化 剂的含 碳化合 物很 多 , 如二氧化碳 、乙炔 、天然气 、碳酸钙 、碳酸镁 、固体石蜡 、粒状 石墨 、灯黑 、六氯乙 烷 、六氯苯 等[1 ,6 ,8 ,15] , 但氯化 物(六 氯乙 烷 、六氯苯)在晶粒 细化的 同时兼 有除气 的效果 , 因而 在工 业上获得了 广泛的应用[ 6, 8] 。 加 碳变质 处理过 程中搅 拌将 进一步增强其晶粒细化效果[6] 。 由于采用氯化物的变质处
第 22 卷 第1期 Vol .2 2 No .1
材 料 科 学 与 工 程 学 报 Journal of Materials Science &Engineering
总 第 87 期 Feb .20 04
文章编号 :1004-793X(2004)01-0146-04
铸造镁合金的晶粒细化技术
刘子利 , 沈以赴 , 李子全 , 王 蕾
(南 京航空航天大学 材料科学与技术学院 , 江苏 南京 210016)
【摘 要】 从晶粒细化方法和晶粒细化机理两个方面总结了不含锆铸造镁合金和含锆铸造镁合金 晶粒细化 技术的研究进展 , 并指出新型高效晶粒细 化剂的开发和晶粒细化机理的研究是镁合金晶粒细化技术研究的重点 。
Johnson 在 1993 年关于 Al-Ti-B 晶粒细化 剂对铝合 金的 细化行为研究所确立的溶 质晶粒细化理论被认为是晶粒细 化理论的重要发展 , 该理论基于传统形核理论 , 将溶质偏析
和形核质点对晶粒尺寸的 影响有机地结合到整个晶粒细化 过程中 。 偏析能力良好的溶质和有效的形核 质点是晶粒细 化过程必不可少的 两个因素 , 溶 质偏析 的作用导 致枝晶 生 长的液 -固界面 前沿产生 成分过冷区 , 从而 阻碍了枝 晶的 生长并提供了激活 成分过程 区内形 核质点 的驱动 力 ;而 形 核质点的形核能力决定了 凝固开始及成分过冷区内有效晶 核的数量[ 22] 。
加入量时合金中析出针状的 Al4 Sr 和 Mg2Sr 的析 出物 , 在较 高的 Sr 含量下(大于 3 %)合金中产生相对粗大且高度 稳定 的含 Al 和 Mg 的析出相[ 5, 6, 16 ,17] 。
Ca 能明 显降低纯镁的晶粒大小 , 同 时对 AZ91 、AS21 和 AS41 镁合金的基体和 第二相具有显著的细 化效果[5 ,6 ,18, 19] 。 Ti 是提高镁合金的 耐蚀性 能的有 益元素[ 1] , 最近 的研究 表 明 , Ti 的加入细化了 AZ91 镁 合金的 晶粒 , 同时基 本上消 除 了沿晶 界分布 的粗大 Mg17 Al12 相 , Mg17Al12 相形态 趋向粒 状 化 , Al-Ti-C 中间合金 晶粒 细化 效 果明 显比 Al-Ti 中 间合 金 好[ 20, 21] 。 2.2 晶 粒细化机理
过热法(Superheating Treatment)是将 合金液 过热到 合适 的温度范围内并保 温较短时 间后 , 快速 冷却至浇 注温度 进 行浇注的工 艺 。 合 金液 过热 温度 的范 围取 决于 合 金的 成 分 , 一般为高于液相线 150 ～ 260℃。 在过热 温度 下搅拌 可 进一步提高过热 处理的晶 粒细化 效果[1 ,6] 。 由于 过热处 理 增大了镁合金液的 氧化损失 和吸气 量 , 含铁量的 增大降 低
(College of Material Science & Engineering , Nanjing University of Aeronautics and Astronautics , Nanjing 210016 , China)
【Abstract】 The current research status on the grain refinement technology of zirconium free case magnesium alloys and zirconium containing cast magnesium alloys are reviewed from the aspects of grain refinement methods and theories of grain refinement.Development of new high efficient grain refiners and comprehensive research into the mechanism of grain refinement are development directions on grain refinement technology of cast magnesium alloys .
由于过热法可通过简单 的过热 处理获 得 , 人们对 不同 合金元素和杂质元素(主要为 Fe 、Mn)的 作用进行 了大量的 研究 。 研究发现 Al 、Fe 、Mn 在过 热法中 起重 要的 作用 。 为 了获得良好过热处理效果 , Al 含量 应超过 1 %, 随 着铝含量 的增加 , 合金的晶粒细 化程度 提高且 对过热 处理的响 应更 为迅速 ;Fe 、Mn 含量应大 于其临界 最小值 , 但 过量的 Mn 反 而起相反作用[ 6] 。 最近的 研究 发现 , 对 于亚 共晶 Mg-Al 合 金来说 , 随着铝含量的提高合金的晶粒尺寸连续减小 , 但铝 含量较高时(大于 5%)晶 粒尺 寸变 化不 大[ 5] 。 对纯 Mg-Al 合金来说晶 粒细化不需过热处 理 , 加 入 Fe 、Mn 后反 而引起 晶粒粗化[ 10 ～ 14] 。Zn 对过热法效果的影响几乎可以忽略 , 而 即使含量很低时 , Ti、Zr 、Be 可 抑制过 热处 理的 晶粒细 化作 用[ 5, 6] 。 2.1.2 氯化铁法(Elfinal Process)
理过程中产 生氯 代烃 类等 有毒 气体 且 其处 理温 度要 求较 高 , 因而 , 近 年来对无氯化物晶粒细化剂方面做了很多的工 作 。 研究表明 , 石蜡 -氟石 -碳混合物 、以氩气为载体脉冲 喷入的纯石墨粉以 及 Al4C3 、AlN 、SiC、TiC 颗 粒均 具有 良好 的晶粒细化效果[ 5 ,6 ,11] 。 2.1.4 加 Sr 、Ca 、Ti 的晶粒细化(Grain refinement by Sr, Ca , Ti ad;修订日期 :2003-08-11 作者简介 :刘子利(1968 -), 男 , 山东博兴人 , 博士 , 副教授 , 从事轻合金及消失模铸造技术的研究 .
第 22 卷第 1 期
刘子利 , 等 .铸造镁合金的晶粒细化技术
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了合金的抗蚀性能 , 并且增加了能量和坩埚的消耗 , 因而生 产上已很少采用[ 1 ,8 ,9] 。
2 不含锆的铸造镁合金的 晶粒细化技术
不含锆 的铸造 镁合 金主 要为 Mg-Al-Zn(AZ)、Mg-Al-Mn (AM)、Mg-Al-Si(AS)和 Mg-Al-RE(AE)等 Mg-Al 类 镁合金 , 以 及新开发的 Mg-Zn-Cu(ZC63, 62)系镁 合金[7] 。 目前 的研 究 主要集中在 Mg-Al 类铸造镁合金 。 2.1 晶 粒细化方法 2.1.1 过热法(Superheating Treatment)
尽管 有 所 简 化 , 溶 质 元 素 的 作 用 以 生 长 抑 制 因 子
∑ (Growth Restriction Factor , GRF)表示 :GRF = mico, i(k i i
1), 其中 mi 为 两元相图中液相线斜率 , co , i 为合金中元素的 原始含 量 , ki 为溶 质分配系 数 。表 1 为 根据两元 相图所 确 定的镁合金中不同溶质元 素的 GRF 值 。 铝是镁合金中最
【关键词】 铸造镁合金 ;晶粒细化技术 ;综述 中图分类号 :TG146.2 +2 文献标识码 :A
Review of the Grain Refinement Technology of Cast Magnesium Alloys
LIU Zi-li , SHEN Yi-fu , LI Zi-quan , WANG Lei
氯化铁 法是在 750℃左右 的合金 液中加 入无水 氯化铁 (FeCl3)以细化晶粒 的 工艺 。 该法 可获 得 与过 热法 相 当的 晶粒细化效果 , 其操作温度较低 , 并且熔体在浇注温度下至 少可保持一小时而不降低晶粒 细化效 果 。 Elfinal 法 只对含 Mn 的合金有效 且合金的含铝量 大于 3 %, 基 于此人 们认为 其晶粒细化效果与 Fe-Mn-Al 化合物 作为结 晶核心 有关[6] 。 Zr 、Be 元 素降低了该工 艺的效果 , 导 致晶粒 粗化[5 ,6] 。 由于 加入 Fe 降低了 合金的耐蚀性 能 , Elfinal 法未 引起工 业上的 注意[ 4] 。 2.1.3 加碳变质法(Carbon Inoculation)
【Key words】 cast magnesium alloy ;grain refinement technology ;review
1 引 言
轻量化的要求使镁合金在汽车 、航空航天 、电讯等行业 获得了日益广泛的应用 。 铸造是目前镁合金成形的主要方 法 , 细化晶 粒对 提 高 镁合 金 铸件 性 能 起着 至 关 重 要的 作 用[ 1～ 5] :(a)镁合金 为密 排六方 晶体 结构 , 只 有四 个独 立的 滑移系 , 晶粒大小对机 械性能 的影响 比其他 晶体结构 的合 金(体心立方 、面心立方)更为 显著 ;(b)镁合金 的结晶 温度 范围较宽 、热导率较低 、体 收缩率较 大 , 故镁合 金具有 明显 晶粒粗化倾向 , 易产生缩松 、热裂缺陷 。 细化晶粒减小了缩 松和第二相的大小 , 因而提高了铸件的机械性能和气密 性 ; (c)晶粒细化缩 短了晶间相(如 Mg17Al12)固溶所需的扩散距 离 , 因而提高了热处理 的效率 ;(d)细化 晶粒改 善了铸 件的 耐蚀性能和加工性能 。 因 此 , 晶 粒细化 技术细 化基体 相并 改善第二相的形态和分布状况成为生产高性能优质镁合金 铸件最为关 键的技术 , 尤其是 对采用 冷速很 慢的砂型 铸造 工艺的铸件 。