内容简介：: JAN2010VOI59NO1铸造FOUNDRY7精炼剂中GDCI3含量对GW103K镁合金性能的影响郑韫一，吴国华，一，侯正全，陈斌，王其龙一，丁文江，1上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心，上海200240；2上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室，上海200240；3上海航天精密机械研究所，上海201600摘要采用自行开发JDRJGDC1精炼剂对稀土镁合GW103K进行精炼。研究了GDCI添加量对镁GW103KGD损耗率、除杂效果、力学性能、耐腐蚀性能、抗疲劳性能以及铸造流动性等性能的影响。结果表明，GDC1，添加量为25时，精炼效果最好，试样的综合性能最佳；而过多添GDCI，则会在熔体中产生熔剂夹杂，反而降低了合金的综合性能。关键词稀土镁合金；GW103K；GDC13；精炼剂中图分类号TG14622文献标识码A文章编号10014977201001000705EFFECTSOFGDCI3CONTENTINREFININGFLUXONPROPERTIESOFGW103KMAGNESIUMAILOYZHENGYUN，WUGUOHUA，HOUZHENGQUAN0，CHENBIN0，WANGQILONG，DINGWENJIANG，1NATIONALENGINEERINGRESEARCHCENTEROFLIGHTALLOYNETFORMINGSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYSHANGHAI200240，CHINA；2STATEKEYLABORATORYOFMETALMATRIXCOMPOSITES，SHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITY，SHANGHAI200240，CHINA；3SHANGHAISPACEFLIGHTPRECISIONMACHINERYRESEARCHINSTITUTE，SHANGHAI201600，CHINAABSTRACTTHERAREEARTHCHLORIDEWASADDEDINTOTHESEIFDEVEIOPEDREFININGFLUXJDRJ，WHICHWASUSEDTOREFINETHEREMAGNESIUMALLOYGW103KTHEEFFECTOFGDCI3ADDITIONONTHEGDIOSSRATE，IMPURITYCLEANINGEFFECT，MECHANICALPROPERTY，CORROSIONRESISTANCE，FATIGUERESISTANCE，ANDCASTINGFLUIDITYOFMAGNESIUMALLOYGW103KWEREINVESTIGATEDTHERESULTSINDICATETHATWHENTHEADDITION0FGDCI3WAS25，THECOMPREHENSIVEPROPERTIESOFTHEREFINEDSAMPLESWERETHEBEST，HOWEVER，WHENTHEADDITIONOFGDCI3WASEXCESSIVE，THEFLUXINCLUSIONWASPRODUCEDINTHEALLOYMELT，WHICHDECREASEDTHECOMPREHENSIVEPROPERTIESOFTHEREMAGNESIUMALLOYKEYWORDSREMAGNESIUMALLOY；GW103K；GDCI3REFININGFLUX镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、阻尼性能好等一系列优点，近年来已广泛应用于汽车、航空航天及通讯等领域。其中稀土镁合金由于具有高温耐热、高强高韧等优良性能而又进一步得到广泛关注和研究M。但是稀土镁合金的净化却成了难题，因为普通镁合金熔剂如RJ2，JDMJ等，含有大量的MGCI，会与活泼的稀土元素发生下列反应【B1MGCI2REREC13MG这样一来，会导致合金中稀土的大量损耗9“】。高洪涛等【I2】采用由上海交大自行开发的熔剂JDMJ与CEC1混合的方法进行试验，取得了较好的效果。在借鉴各种试验方法的基础上，采用自行开发的精炼剂JDRJGDC13对GW103KMG一10GD3Y05ZR稀土镁合金进行研究，明确GDCI掭加量对熔剂精炼效果的影响，使熔剂达到了既能良好净化除杂，又能减少稀土损耗的效果，对研发稀土镁合金熔剂具有参考和实践价值。1试验材料及过程11试验合金将工业纯镁99、中间合金MGGDGD25，MGYY25、MGZRZR30配制成总质量为45KG的耐热稀土镁合金GW103K进行熔炼，对熔炼好的合金进行化学成分检测，采用电感耦合等离子光谱仪ICP，IRISADVANTAGELOOO测定。测定结果见表1。表1GW103K合金化学成分TABLE1CHEMICALCOMPOSITIONOFGW103KALLOYWB基金项目国家973资助项目2007CB613701；上海市优秀学科带头人计划08XD14020；国家十一五科技支撑计划资助项目2006BAEO4BO72。收稿日期20090902收到初稿，20091016收到修订稿。作者简介郑韫1984一男，河南洛阳人，硕士研究生，主要从事镁合金净化方面的研究。EMAILZHENGYUNSJSINACOM通讯作者吴国华1964，男，江西高安人，博士，教授，主要从事镁合金、铝合金方面的研究。电话02154742630，EMAILGHWUSJTUEDUCN8FOUNDRYJAN2O10V0I59N0112试验熔剂采用自行开发的JDIU熔剂，其成分见表2，另外将JDRJ与化学纯GDCI混合，得到一组不同GDC1。含量的JDGD系列熔剂，其成分见表3。表2JDRJ熔剂成分TABLE2COMPONENTSOFJDRJFLUXWNO熔剂MGCL2KC1NAC1BACI2CACI2NA3A1F6CAF2JDRJ一552152632表3试验用JDGD系列熔剂成分TABLE3COMPONENTSOFTHEEXPERIMENTALJDGDSERIESFLUX13试验过程试验步骤将原料合金、精炼剂在150烘箱内预热；模具及搅拌勺等试验用具表面刷一层涂料，烘干待用。采用工作电压为380V，功率为75KW坩埚电阻炉熔炼，每炉炉料为45KG，热电偶直接插入镁液中，采用温控仪控制镁液温度。熔剂质量为合金总重的2，I190G，熔剂配料称量后装入QMISP型球磨机混3H成粉状。精炼处理温度为750760，精炼时间约15MIN，熔炼过程采用SF和CO混合气体进行保护。精炼结束静置30RAIN，然后将合金液浇人金属模内，浇注温度750760。试样浇注后，采用电感耦合等离子光谱仪测定化学成分。而组织与相成分采用OLYMPUSPME3型光学显微镜和带能谱的电子显微镜PHILIPSSEM515分析。采用X射线衍射仪DMAXIIIA进行相组成分析。按照文献【13介绍的方法从铸件上切割拉伸试样，拉伸试验在ZWICROELL丰才料试验机上进行，拉伸速度为02RAMRAIN。试样尺寸为25MMXL0MINX2MM。试验数据为5个试样的平均值。再从铸件上切取尺寸为QB35MINX3TURN的圆盘形试样进行腐蚀试验测定，方法为用1000纸打磨处理试样，清洗完毕后用5的NACI溶液腐蚀，试验温度为253。将试样悬挂在腐蚀液中浸泡3天后，用铬酸溶液100GCR2035GAGNO3500ML去离子水清洗6RAIN，然后再用丙酮、酒精清洗，烘干后称重。测定金属损失用于计算腐蚀速率CR。计算公式为CR，式中I为质量损失，RAG；E为暴露的周期3D；5XSES为试样总表面积2253CM。2结果与分析21GW103K合金中GD损耗在JDRJ熔剂的基础上添JIGDC1形成JDGD系列熔剂。GW103K合金在JDGD系列熔剂精炼处理后，合金中GD元素损耗率及合金中GD含量与熔剂中GDC1含量之间的关系如图1及表4所示。GDCI添加量，图1合金中GD的损耗量与熔剂中GDC1含量的关系FIG1RELATIONSHIPBETWEENTHELOSSOFGDANDTHECONTENTOFGDC11INTHEFLUX表4精炼后合金中的GD含量TABLE4THECONTENTOFGDINTHEALLOYSAFTERREFINED由以上可知，经JDGD系列熔剂处理后，合金中GD元素的损耗率随熔剂中GDC1含量的增加而逐渐减小，即GD的含量逐渐增加。当加入5GDC1时，GD损耗率降至41L。当GDC13的添加量达到10时，虽然GD损耗率降至224，但是相对于添加量为75时损耗率为226，其减小量已经不明显，说明继续添JIJGDC1，没有实际意义。试验表明，熔1JDGD中的GDC1可降低GD的损耗。22GDCI3对GW103K合金除杂效果的影响经JDGD系列熔剂精炼后，合金中不同粒径尺寸夹杂的分布如表5所示。表5GWL03K经JDGD系列熔剂精炼后夹杂的尺寸分布TABLE5SIZEDISTRIBUTIONOFMCLIONINGWL03KRETMEDBYJDGDSERIESFLUX。，可以看出，经JDGD系列熔剂精炼后，GW103K合金液中夹杂的粒径尺寸明显减小，粒径20IZM的体积分数也从79降到2以下，合金熔体得到显著净化，这是由于熔剂中的氯化稀土化合物释放出稀土原子，起到净化除杂的作用。铸造郑韫等精炼剂中GDCI3“量对GW1O3K镁合金性能的影响但是当熔剂中GDCI的添加量达LJLO后，合金中夹杂的含量又有所增加，夹杂粒径尺寸也增大，这是由于过多的GDC13产生熔剂夹杂，反而降低了熔剂的净化效果。综合比较，作者认为要达到降低稀土损耗和净化除杂的综合作用，GDC1，添加量为25左右最佳。23GW103K合金组织与力学性能合金经过净化后，其纯度的提高有助于改善力学性能。图2为经熔剂JDRJ25GDC1精炼前后合金的微观组织。可以看出，净化处理前，稀土相多偏聚在MG基体的晶界处，且分布不均，除此之外，稀土相较粗大；而净化处理后，稀土相不仅分布更均匀，而且更加短小，但相组成并没有明显变化图3。A处理前【B处理后图2熔剂JDRJ25GDC13处理前后合金的微观组织FIG2MICROSTRUCTUREOFALLOYBEFOREANDAFTERREFINEDBYFLUXJDPJ25GDCI3图4为GDC1，的添加量对处理后合金力学性能的影响规律。可以看出，用未添IGDC1的JDRJ熔剂精炼，合金的抗拉强度CRB和伸长率6分别为21033MPA和383；随着GDC1添加量增加，CRB和6明显提高，且当GDC1，加入量达到25左右时，合金的和6分别达到最大值，为22563VLPA和512；进一步增JIGDC13至5时，和6开始下降，分别为22012MPA和486；此后，随着GDC1添加量继续增加，合金的抗拉强度及伸长率继续下降，当GDCI，的添加量为10时，合金的和6仅为20253MPA和406。分析可知，经熔剂精炼后，合金中的夹杂减少，同时MG基体相细化及稀土相MGGD，Y均匀化所致。但过量的GDC1，会导致夹杂引入图5，从而降低了合金的力学性能。24GW103K合金的耐腐蚀性能合金中的夹杂物往往成为腐蚀源，经过盐水浸泡A未精炼2O。图3JDRJ25GDC13处理前后镁合金的XRDFIG3XRDOFMAGNESIUMALLOYBEFOREANDAFTERREFINEDBYFLUXJDRJ25GDCI3图4熔剂中GDC1对合金抗拉强度和伸长率的影响FIG4EFFECTOFGDC13INFLUX“ONTENSILESTRENGTHANDELONGATIONOFALLOY图5经含10GDC1摘剂精炼后合金的微观组织FIG5MICROSTRUCTUREOFALLOYSREFINEDBYFLUXESCONTAININGGDCH后，合金的质量会损耗，且表面会出现“坑”，所以合金中夹杂物越少，即纯度越高，则质量损耗越小，表面越光滑，耐腐蚀性越好。经JDGD系列熔剂精炼后合金的腐蚀形貌见图6，腐蚀速率如表6所示。BJDRJ25GDC13CJDRJ10GDC13图6合金试样的腐蚀形貌FIG6CORROSIONMORPHOLOGYOFTHEALLOYSAMPLES1OFOUNDRYJAN2010VO159N01表6GW103K合金试样的腐蚀速率TABLE6THECORROSIONRATEOFGW103KALLOYSAMPLES试样名称腐蚀速ZGMGCMD未精炼JDRJ25GDCI3JDRJ10GDC1308360452O613而经JDGD熔剂精炼的合金，耐腐蚀性能与熔剂中GDCI的添加量有关。可以看出，当GDC1的添加量达到25时，试样表面基本完好无损，只有边缘少许被腐蚀，腐蚀速率为0452MGCM_2D，相比未精炼的合金腐蚀速率0836MGCM2D一，提高了4593，说明合金得到很好的净化；而当GDC1的添加量达到10时，试样表面基本光滑，但有聚集的点蚀出现，应该是熔剂夹杂造成的，但合金仍然得到较好的净化。25GW103K合金的流动性能经JDGD系列熔剂精炼后，试样流动性形貌如图7所示。流动性与合金的纯净度有关。同一温度下，合金的纯净度越高，则流动性越好；反之，如果合金中的夹杂较多，则阻碍合金的流动。图中流动性试样均在750时浇注所得，由图可知，经熔剂净化后，合金中的夹杂物减少，粘度降低，所以流动性有了较明显地改善，但是过多添JTGDCL，会产生熔剂夹杂，反而降低了流动性，结果如表7所示。A未精炼BJDRJ25GDCI3EJDRJ5GDC13DJDRJ10GDC13图7试样流动性形貌FIG7MORPHOLOGYOFFLUIDITYSAMPLES表7流动性试样长度TABLE7LENGTHOFFLUIDITYSAMPLES试样名称长度CM未精炼，IRJJDRJIGDCI3JDPO25GDCI3JDIU5GDCIJDRJ75GDCHJDRLOGDCL99107L14L2L125L10LO33讨论在镁合金熔体精炼处理的过程中，稀土化合物GDCL哿释放出以原子态存在的稀土元素，既能大大提高熔体中微小非金属夹杂物的去除率，还可有效地提高合金的力学性能。同时由于GDC19以熔剂的形式加入，不仅降低了稀土盐类的熔点，还减少了稀土元素的烧损，但是GDC1，增加到一定量后，熔剂易于结团，难以分散，形成熔剂夹杂，其扫描电镜照片如图8所示，不仅精炼效果变差，而且产生熔剂夹杂，导致合金性能降低。4结论1合金中GD的损耗率随着熔剂中GDC1添加量的增加而逐渐降低，当GDC1，添加量超过75后，损耗率图8熔剂JDRJ10GDCI3处理后合金中熔剂夹杂FIG8INCLUSIONINTHEALLOYREFINEDBYJDRJ10GDCIFLUX不再明显降低，基本维持在23左右。2随着GDC1，添加量的增加，合金中的夹杂物含量逐渐降低，粒径尺寸也逐渐减小，说明稀土化合物释放出以原子态存在的稀土元素，提高了镁熔体中微小非金属夹杂物的去除率；而当GDC1添加过量后，容易造成熔剂结团，难以分散，形成熔剂夹杂，反而提高了熔体夹杂含量。3熔剂中GDC1添加量的增加导致合金的力学性能、耐腐蚀性能和铸造流动性提高，并且当GDCB添加量达到25时，合金试样的综合性能达到最好；当添加量过多时，会产生熔剂夹杂，反而降低了合金的综合陛能。参考文献1师昌绪，李恒德，王淀佐，等加速我国金属镁工业发展的建议铸造郑韫等精炼剂中GDCI量对GW103K镁合金性能的影响。11。上接第6页钻削加工性能优于含MO高强度灰铸铁。2在钻削加工过程中，变质处理获得的细小、弯曲、均匀分布的片状石墨有利于断屑，而不易形成“积屑瘤”，减弱“烧刀”现象，能够改善钻削加工性能。3变质处理不仅可以使灰铸铁的拉伸性能提高，同时，又能够改善灰铸铁的钻削加工性能。参考文献IFIELDM，STANSBURYEEEFFECTOFMICROSTRUCTUREONMACHINABILITYOFCASTIRONSJTRANSACTIONSOFASME，194786656822BOULGERFW，SHAWHL，JOHNSONHECONSTANTPRESSURE

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