re元素,压铸镁合金缺陷带的形成机理

在全球节能环保的大趋势下,镁合金作为最轻的结构材料,已经成为替代传统金属实现减重的有力候选材料.然而,镁合金缺乏足够的高温强度和抗蠕变性能,大规模应用仍然面临一些挑战。可以通过添加稀土元素(RE)可提高Mg-Al基合金的高温强度和抗蠕变性能。对于铸造镁合金产品,高压压铸(HP

在全球节能环保的大趋势下,镁合金作为最轻的结构材料,已经成为替代传统金属实现减重的有力候选材料. 然而,镁合金缺乏足够的高温强度和抗蠕变性能,大规模应用仍然面临一些挑战。可以通过添加稀土元素(RE)可提高Mg-Al基合金的高温强度和抗蠕变性能。

对于铸造镁合金产品,高压压铸(HPDC)工艺是首选和主导的制造工艺,具有高效率、尺寸精度高和可观的经济效益等优点,尤其是对于AE系列合金,HPDC过程中的高冷却速率可以抑制粗Al的形成?稀土金属间相,这有利于铸件的力学性能。然而,HPDC过程也有其不足之处,通常存在气孔、外部凝固晶体(ESC)和缺陷带等铸件缺陷。

目前已对压铸件微观结构中气孔和ESC的形成机理、形态和分布及其对部件力学性能的影响进行了广泛的研究。近日,武汉理工大学吴孟武教授课题组联合清华大学的研究团队通过真空辅助HPDC工艺生产并研究了压铸镁合金 AE44的显微组织。利用光学显微镜扫描电镜、能谱、X射线衍射、电子背散射衍射和透射电镜对该组分的微观结构进行了表征。相关成果以题为“Characteristics and formation mechanisms of defect bands in vacuum-assisted high-pressure die casting AE44 alloy”发表于《Trans. Nonferrous Met. Soc. China》。对缺陷带的形态和分布以及缺陷带与孔隙率或ESC之间的相关性进行了定性和定量分析,并在此基础上重点讨论了缺陷带的形成机理。

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由于双缺陷带的出现,试验中普遍观察到压铸试样的圆柱形横截面可分为具有不同的晶粒形态和尺寸分布的5个部分。心部缺陷带显著宽于表层缺陷带,且都是溶质偏析带,Al11RE3相的面积分数高于相邻区域。

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与HPDC AZ91D合金中的缺陷带不同,AE44合金的缺陷带中未观察到明显的孔隙聚集,这是由镁合金 AE44较窄的凝固温度区间以及金属间化合物相析出过程中释放出大量的潜热造成的。两者都有利于减少孔隙率的形成。

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外部缺陷带的形成与激冷表面层有关,而心部缺陷带的生成与ESC聚集在铸件的核心区域有关。缺陷带的形成与作用于半固态合金的剪切应力有关,剪切应力会导致半固态区域晶粒骨架崩塌,剩余熔体进入该区域,最终形成缺陷带。然而,表层及心部缺陷带处的剪切应力形成机制大不相同。

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