镁合金热处理过程中组织与相的变化

1、.PAGE ：.；镁合金热处置过程中组织与相的变化摘要：本文研讨了AZ91D等温热处置过程中的溶质分散、晶界熔化、晶粒合并以及相变等对枝晶球化过程的影响。结果阐明:随着热处置时间的延伸，晶粒逐渐球化，而且发生合并景象；同时在界面能降低的驱使下，经过溶质原子的分散,晶粒内部包裹小液滴；半固态部分重熔过程中阅历以下相变：， +L，L。关键词：AZ91D镁合金；等温处置；相变The Research of Organization and Phase Change of Magnesium Alloy during Isothermal Heat TreatmentAbstract: The eff

2、ect of solute diffusion and the grain boundary melting and grain merger and phase transitions on dendrite spheroidzing process is researched during the isothermal heat treatment. The results show that the grains gradually spheroidize and appear the merger phenomenon with extending the heat treatment

3、 time.At the same time, owing to decreasing interfacial energy; the packed small liquid drop form intra - grain by the diffusion of solute atoms, There is the following phase transition: ,+L,L during The semi-solid remelting.Key words:AZ91D magnesium alloy; isothermal treatment; phase transition1、概述

4、镁合金是现代金属构造资料中最轻的一种，以其密度低、比强度和比刚度高、尺寸稳定性好、电磁屏蔽好及价钱稳定等优点，近年来在航空航天、仪器制造、国防和电子工业等领域，尤其是汽车工业中获得日益广泛的运用1。镁合金半固态成具有成形温度低、凝固收减少、缺陷和偏析减少、晶粒尺寸细小、模具寿命延伸等优点,被专家学者誉为21世纪新一代新兴金属加工方法。但是,要实现镁合金的半固态成型，首先必需制备初生相为颗粒的非枝晶组织合金。国内外研讨者常用的枝晶粒化方法为机械搅拌法或电磁搅拌法。由于机械搅拌法的工艺参数难以控制、搅拌设备易磨损和腐蚀、不顺应与高熔点合金和易氧化合金,因此该法很难在工业上推行运用；国外已将电磁搅拌

5、法运用于消费,但该法设备投资大,工艺复杂。半固态等温热处置作为20世纪90年代开发的一种半固态枝晶组织坯料制备方法，可以在半固态成形前的二次加热过程中直接把原资料锭坯变为半固态非枝晶组织坯料，具有工艺简单、本钱低廉等优点2-3。本文采用半固态等温热处置法, 对运用最广泛的AZ91D铸造镁合金进展了研讨, 察看了其在半固态等温热处置中的组织和相的变化。2镁合金热处置过程分析2.1铸太组织AZ91D 镁合金初生相相(灰色)以树枝晶形状存在，沿相不延续分布的白色组织为(+)共晶组织。2.2组织形貌变化随着保温时间的延伸，铸态组织中的枝晶臂逐渐消逝,由不规那么外形向球状转变。晶界处的共晶组织和晶粒内部

6、的富Al、Zn部分首先熔化，在两个晶粒间以液态薄膜方式存在，在多晶粒交界处以液态熔池方式存在，而在晶粒内部那么以小液滴形状存在。到10 min时，液态薄膜的厚度添加，熔池的体积增大，晶粒完全被液态金属层包围,而晶粒内部开场出现小液滴，初生晶粒全变为近球状的颗粒组织。到20 min时，晶粒内的小液滴变大，同时数量减少。可以看出,在20 min之前，随着保温时间的延伸，晶粒逐渐长大9。2.3溶质原子分散溶质原子的分散行为在加热过程中可分为两个阶4：在温度升至共晶点温度之前，属于均质化分散；当温度到达共晶点时，共晶化合物开场融化，周围的溶质原子向液态共晶化合物中富集，融化区域扩展，但是临近区域成为溶

7、质贫化区，这些区域的熔点升高，假设继续熔化,就必需升高温度。在加热温度升至固相线温度前，只需富Al的共晶组织熔化，在多个晶粒交界处构成熔池,同时晶粒内部那些富Al、Zn的小质点开场熔化。在温度升至固相线后的保温过程中，随着时间的推移,在界面能最小化的驱动下，晶粒内熔化的小质点经过溶质原子的分散合并成小液滴，或向晶界处液态中分散而消逝 。2.4枝晶组织球化分析枝晶组织球化过程包括二次枝晶臂消逝、零落、枝晶沉淀以及Ostwald 熟化过程。T. Z. Kattamis，J. J. Reeves、Kuang-Ho Chen等人先后对二次枝晶臂粗化进展了研讨，并分别提出了二次枝晶臂粗化的四种物理模型：

8、径向融化模型、颈缩熔断模型、轴向融化模型与枝晶合并模型。在枝晶生长过程中，二次枝晶臂由于他们的曲率不同，会呵斥各枝晶臂附近液相内的溶质浓度的差别，枝晶曲率半径越小，附近液相溶质浓度越低，这样溶质浓度梯度的存在将促使溶质从粗枝处向细枝处分散，呵斥细枝熔化和粗枝变粗。因此，在固、液两相区停留的时间愈长,上述过程进展的愈充分，枝晶球化愈明显。随着保温时间的延伸，晶粒由等轴晶枝晶熔断分裂成块状球化。对于镁合金半固态保温过程中组织的球化，可以为当组织中固相体积一定时，只需成球状或近球形才具有最小的外表能，所以从外表能较高的星状向球状转化，使系统的自在能下降，这是一个热力学自发过程，等轴晶组织能否球化，主

9、要取决于原子的分散。当在两相区保温时，使原子具有足够的动力学条件发生聚集球化。2. 5晶粒合并分析固-液界面的形状总是力图使界面吉布斯自在能最低，这样的形状才最稳定。在等温热处置过程中，组织变化的驱动力是体系自在能(外表能)的降低5。等温热处置过程中晶粒间外表能降低的方式有两种：(1)经过晶粒间的相对旋转，减小晶粒间的取向误差,减小晶界面积；(2)晶界迁移来增大二面角。通常等温热处置过程中，由于半固态金属的流动性差，经过晶粒旋转来降低界面能很困难，只能发生大晶粒吞噬小晶粒长大。随着时间的延伸,晶粒发生合并。在等温热处置过程中，处于液固两相区内的合金铸态组织发生了次枝晶臂消逝，固相颗粒发生Ost

10、wald熟化以及合并景象，熟化和合并贯穿整个过程，只是熟化在早期占据着主要位置,随着时间的延伸，合并又成了主要景象。2. 6液相变化分析热处置过程中液相以液态薄膜、熔池和晶内小液滴三种方式存在。在构成液固相组织时，液相侵蚀晶界，构成包裹固相的液层。但在固相体积分数极高的情况下，两固相颗粒间普通不能经过合并来降低界面能；同时，固相颗粒与熔池界面处的半径远小于与液态薄膜界面处的半径，从而产生曲率差效应;在这两种要素的综协作用下，根据Gibbs-Thomson效应6可知：当晶粒的部分半径趋于无限大时，其吉布斯自在能趋于最小，与液态薄膜接触的固相界面尽能够地开展成平面，从而在二维平面上薄膜以直线向熔池

11、中推进，构成直线形貌的淬火共晶组织。随着热处置加热时间的延伸，液相体积添加和晶粒熟化，薄膜外形成为圆弧形，构成以大量液相为基体，球形颗粒分散其中的半固态浆料。在半固态加工的后序成形过程中，液相的多少决议了合金浆料的流动性7-8，从而决议充型速度和充型压力，晶内小液滴的多少对合金铸件的成形性能有着很大影响。小液滴的构成有三种缘由：(1)晶粒在凝固过程中淹没的富Al杂质或晶内偏析呵斥的，低熔点富Al质点经过熔化、分散、合并构成较大液滴，而位于晶粒边部质点经过溶质原子分散到液相组织中而消逝，两者都促进了小液滴的数目减少；(2)等温热处置初期处于熔化与合并的动态平衡中，枝晶臂间发生合并衔接，而枝晶根部

12、未分散完的低熔点共晶组织发生熔化，构成晶内液池；(3)在次枝晶臂缩颈熔断后原位沉淀在主干上发生熟化过程中构成的，二次枝晶臂在主干上沉淀时发生搭桥景象，在熟化过程中构成晶粒内包裹液滴。2. 7相变分析组织的变化是由相变引起的，为了更好地解释镁合金组织的演化过程，经过相的变化来分析该过程。重熔是凝固的反过程，由于Mg-Al-Zn三元相只需在Zn与Al的质量比大于1 /3时才会构成，因此对于AZ91D合金而言，可不思索少量Zn对AZ91D相图的影响5，可以根据Mg-Al二元相图分析AZ91D镁合金在熔化过程中的组织演化。从相图可以看出半固态部分重熔过程中势必阅历以下相变：，+L，L。图1 Mg-Al

13、二元合金富镁相图图2 AZ91D镁合金在580加热不同时间后的XRD图谱AZ91D镁合金组织由富镁相相和沿相不延续分布的(+)共晶相组成 。图2所示为AZ91D镁合金在580加热不同时间后的X射线衍射谱。可以看出，在加热初期，因进展的相变，使相的量减少，而相的量添加 。因相变使晶界处共晶组织中的相向晶内分散，一方面呵斥晶粒晶界的减少和晶粒的合并，另一方面使初生相中的Al含量添加，相中的Al含量减少。因加热初期，试样温度升高很快而引发相变+L，使相的量减少。+L相变使未来得及分散的共晶组织开场熔化，呵斥大块状组织分别，同时相中的Al含量添加，相中的Al含量减少。随着加热时间的延伸，因进展+L的相

14、变，使液相量添加，大块状组织全部分离成相互独立的多边形颗粒。随着加热时间的继续延伸和试样温度的升高，从而引发L相变，使相中的Al含量略微减少，相中的Al含量略有添加，L相变使多边形晶粒的凸棱熔化而发生球化，直至体系到达固-液相平衡态。3 结论(1)随着保温时间的延伸，晶粒由等轴晶枝晶熔断分裂成块状球化。(2)在等温热处置过程中晶界处共晶首先熔化，随着热处置温度的上升，在两固相颗粒间的液态薄膜逐渐包裹了固相颗粒，构成固相颗粒分散在液态基体中的半固态浆料。(3)半固态部分重熔过程中阅历以下相变：，+L，L。参考文献1 Kaneko Tadataka, Suzuki Masami Automotiv

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