冷却速度与Nd对富镁Mg-Al合金组织及性能的影响

摘要

本文以减少富镁Mg-A1合金组织中β(Mg17A112)相的数量以及细化合金组织为研究方向，以冷却速度与Nd对富镁Mg-A1合金组织与性能的影响为主要研究内容，探讨Mg-A1合金的凝固过程、α-Mg+β(Mg17A112)共晶的形成机制、冷却速度与Mg-A1合金组织及性能的关系以及Nd与AZ91合金(Mg-9A1基)组织的关系，这将有助于通过调整合金成分，改进铸造条件，来控制Mg-A1合金的凝固组织，获得性能良好的铸件。
　　 采用不同冷却条件获得A1含量为4％～10％的Mg-A1合金，并利用OM、SEM、DTA和能谱分析等手段研究冷却速度对富镁Mg-A1合金显微组织、力学性能和凝固过程的影响；采用缓慢冷却条件获得了Nd含量为0％～0.8％的A291合金凝固组织，并采用OM、SEM和XRD等手段研究Nd对AZ91合金慢速凝固组织的影响。
　　 结果：表明：慢速冷却条件下，随A1含量增加，α-Mg枝晶由团状转变为花瓣状直至转变为树枝晶，晶粒尺寸先增后减，较快冷却条件下，随A1含量增加，枝晶由蔷薇状转变为发达的树枝晶，A1含量继续增加，枝晶球化。随冷却速度的增加，Mg-A1非平衡相图中共晶线降低、液相线升高、固相线下降、最大固溶度点左移。随A1含量和冷却速度的增加，Mg-A1合金布氏硬度逐渐增加。
　　 富镁Mg-A1合金共晶形貌有棒状、粒状、部分离异等四种。在较快冷却条件下，随A1含量降低，共晶形貌从棒状转变为完全离异；较慢冷却条件时，随A1含量降低，共晶形貌由离异转变为棒状直至转变为粒状。随冷速增加，Mg-4A1合金组织中β相数量由5.04％降至3.35％，Mg-6A1、Mg-8A1和Mg-10A1合金组织中β相数量由18.36％、23.86％、38.59％增加至24.56％、34.68％、45.50％。
　　 Nd导致AZ91合金组织细化，β相细小弥散。AZ91-xNd合金慢速凝固组织中存在粒状和针状A13Nd化合物。随Nd含量增加，枝晶由团状转变为花瓣状直至转变为树枝晶。未加入Nd时，晶粒尺寸为654.06μm；Nd含量为0.2％时，晶粒尺寸为573.65μm；Nd含量为0.5％时，晶粒尺寸为518.22μm；Nd含量为0.8％时，晶粒尺寸为538.94μm。