SiC颗粒参与下快冷镁合金异质形核与高温晶粒长大-中国有色金属学报.PDF

第 27 卷第 2 期 中国有色金属学报 2017 年 2 月 Volume 27 Number 2 The Chinese Journal of Nonferrous Metals February 2017 文章编号：1004-0609(2017)-02-0243-08 SiC 颗粒参与下快冷镁合金异质 形核与高温晶粒长大 杨 伟，殷海眯，商景利，王 祥，刘吕果 (南昌航空大学 轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室，南昌 330063) 摘 要：采用铜模喷铸与高温退火相结合，研究快冷 AZ91+SiC 合金组织细化与高温晶粒长大，揭示 SiC 颗粒对 亚快速凝固镁合金异质形核及热稳定性的影响。结果表明：SiC 可促进亚快速凝固过程中异质形核，阻碍凝固界 面迁移，显著细化喷铸合金组织。400 ℃等温退火后，组织从枝晶向等轴晶转变并发生明显晶粒长大，快冷AZ91 合金保温 8 h 后平均晶粒尺寸达 78 μm 。添加2%SiC 后，晶粒长大得到有效控制，8 h 退火处理后平均晶粒尺寸 仅为 22 μm 。SiC 的存在提高了基体中晶格畸变，退火组织中析出层片状与粒状共存的沉淀相。晶粒细化及 SiC 的添加提高了快冷镁合金显微硬度。随退火时间延长，合金硬度下降。沉淀相的析出导致AZ91+2%SiC 合金硬度 增加，最高可达 111HV，比AZ91 合金的硬度提高 63.2% 。 关键词：镁合金；凝固；冷却速率；异质形核；晶粒长大 中图分类号：TG146.2 文献标志码：A 镁合金作为轻质结构材料，具有比强度/ 比刚度高 异质形核潜力需要进一步研究。 等优点，在航空航天、电子交通等领域具有重要的应 由于受冷速限制，快冷合金大多为粉末或箔带 用价值[1−3] 。然而常规冷速条件下，镁合金铸件枝晶组 状，需要后续热压烧结才能满足实际使用[14−16] 。采用 织粗大、缩孔缩松严重、加工成形及耐蚀性差，直接 较高的热压温度或较长的烧结时间固然有利于提高组 影响材料的设计使用[4−5] 。晶粒细化可有效提高合金强 织致密性，但不可避免地导致亚稳细晶发生晶粒长 度及塑性等力学性能，改善第二相形貌及分布，抑制 大[17−18] 。通过加入 Ca、Y 、Nd 等碱土或稀土元素， 或消除有害相。因此，细晶镁合金的制备已成为改善 控制高熔点沉淀相的析出，可以抑制晶粒长大。ZHOU 传统组织结构、获得高性能新材料的有效途径[6] 。 等[19]研究了快速凝固 Mg-6Zn-Ca 合金中 Ca Mg Zn 2 6 3 快速凝固作为亚稳新材料的重要制备方法，可以 析出相对晶界迁移的钉扎影响。AYMAN 等[20]采用放 获得细小均匀分布的晶粒组织，同时改善晶界相形貌， 电等离子烧结技术研究了快速凝固镁合金中沉淀相析 提高材料耐蚀性[7−9] 。近年来研发的 SiC 孕育剂，与镁 出及长大规律。SHENG 等[21]通过控制热压过程中 具有相似的晶体结构及良好相容性，广泛应用于 Mg2Si 相的析出，显著提高了 AZ91 快冷合金强度。 Mg-Al 合金的组织细化。贾秀颖等[10]采用高能超声分 然而以上细晶保持技术需要首先解决沉淀相粗化、形 散法，研究了 SiC 含量对 AZ91 镁合金组织及力学性 貌及择优生长取向等问题，尤其对于具有较高自扩散 能的影响。李元东等[11]分析了不同铸件尺寸条件下 系数的镁合金，沉淀相的粗化更易发生。SiC 与镁结 SiC 颗粒对镁合金半固态组织的影响。EASTON 等[12] 合性