微量Zn对Mg-Gd系合金凝固微观组织演化的影响
发布时间：2021-09-03 19:12
利用同步辐射X射线原位成像技术实时、动态观测了微量Zn对Mg-15Gd合金凝固组织演化的影响,定量分析了不同Zn含量（0,1wt%、2wt%）下的枝晶生长速度、二次枝晶臂间距及尖端半径的演化规律。研究发现,在恒定温度梯度和冷速下,添加微量Zn,Mg-Gd系合金枝晶的生长速率V、二次枝晶臂间距λ和尖端半径R均变大,其具体关系为V（2%Zn）>V（1%Zn）>V（0Zn）、λ（1%Zn）>λ（2%Zn）>λ（0Zn）和R（1%Zn）>R（2%Zn）>R（0Zn）。此外通过对比发现,添加1wt%Zn元素对Mg-15Gd-1Zn合金中二次枝晶间距和尖端半径有明显增大效果,但对于枝晶生长速度的促进效果并不明显。
【文章来源】：热加工工艺. 2020,49(21)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
实验成像原理示意图和样品的温度变化曲线
样品封装示意图如图2所示[13]。将试样放入中空的石墨纸内，并将硫磺粉均匀撒在样品周围，同时在石墨纸四周涂抹一层无机耐高温胶来固定试样，固化后在陶瓷片其余地方也均匀涂抹上无机耐高温胶，并盖上另一个陶瓷片并压实。最后继续在陶瓷片夹层四周涂一层耐高温胶来防止气孔的出现和进一步固化试样，完成后将其放置在干燥箱中固化。2 成像结果与讨论
通过原位观测技术获得了不同Zn含量镁合金枝晶的实时演变过程，如图3所示。图中圆圈标记为测量的枝晶（测量生长速率和尖端半径），每组图像中测量3个不同枝晶。虚线框为枝晶生长角度测量区域。由图可知，枝晶首先出现在型腔表面，这是由于实验冷速较低，其不能产生克服形核能垒的过冷度，所以在基体中形核较难。同时在较低的冷速下，液体温度分布均匀，过冷到某一温度，这时优先在型腔表面形核长大，其释放的结晶潜热通过固相和液相散出，产生负的温度梯度。此时，由于过冷较小，枝晶的生长驱动力较小，在热流扰动的作用下，初生柱状晶的生长方向与温度梯度形成了一定的偏差，使其倾斜生长进入过冷熔体中。它的长大速度比周围更迅速，快速形成枝晶臂，而且生长出二次枝晶臂，如图3(a1）、（b1）、（c1）所示。在随后的凝固过程中，先形核的枝晶生长空间充足，枝晶彼此之间自由生长，一次枝晶臂沿其择优方向迅速发育，并生长出了发达的二次枝晶。随着凝固的进行，晶核数目逐渐增加，枝晶间的竞争生长变得更加激烈，部分枝晶臂间发生硬撞击，使得其一次枝晶臂或二次枝晶臂生长速度减慢并停止生长，如图3(a2）、（b2）、（c2）所示。同时该过程也存在着软碰击来抑制枝晶的生长，这是由于枝晶开始生长时空间充足，溶质能够快速排出，随着凝固的进行，枝晶快速长大，生长空间逐渐变小，导致不同枝晶排出的溶质相遇，聚集在一起形成溶质富集，使得枝晶间出现溶质偏析，进而抑制了枝晶的生长。此外，在凝固后期，图3(b3）和（c3）中伴随有少量等轴晶的生成，随时间的推移发生等轴晶向柱状晶转变（ECT）的现象，并且相对于图3(b3）、（c3），图3(a3）中的枝晶更加粗大。最终，不同取向的枝晶均朝着水平向右的方向进行生长，并充满整个视场。通过测量枝晶（虚线框内）的生长角度，发现这种朝着水平向右下方向生长的枝晶生长方向角度基本一致。2.2 Zn含量对Mg-Gd系合金枝晶生长速度的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]Zn添加对Mg-8Al-2Sn镁合金组织和力学性能的影响（英文）[J]. 伍华怡,张丁非,蒋璐瑶,冯靖凯,赵阳,潘复生. 稀有金属材料与工程. 2019(07)
[2]以镁、锌、铝为主要合金元素的应用合金研究进展[J]. 李明珍,王世栋,叶秀深,李权,吴志坚,火焱. 盐湖研究. 2015(04)
[3]Zn含量对Mg-Er-Zn合金铸态组织和力学性能的影响[J]. 张晋涛,李志宏,李克志. 铸造技术. 2013(11)
[4]锌含量对Mg-Gd-Zn合金铸态组织和力学性能的影响[J]. 郭连平,陈乐平,尹健,吁艳林. 铸造技术. 2013(02)
[5]锌对镁锡合金组织和性能的影响[J]. 赵浩峰,王玲,颜开,孙磊,章帅,李庆芳,雷勇. 稀有金属材料与工程. 2010(S1)
[6]主要合金元素在镁合金中的作用[J]. 黄晓锋,朱凯,曹喜娟. 铸造技术. 2008(11)
[7]高锌镁合金研究[J]. 姚三九,刘卫华,陈日月. 特种铸造及有色合金. 2001(05)
本文编号：3381698
【文章来源】：热加工工艺. 2020,49(21)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
实验成像原理示意图和样品的温度变化曲线
样品封装示意图如图2所示[13]。将试样放入中空的石墨纸内，并将硫磺粉均匀撒在样品周围，同时在石墨纸四周涂抹一层无机耐高温胶来固定试样，固化后在陶瓷片其余地方也均匀涂抹上无机耐高温胶，并盖上另一个陶瓷片并压实。最后继续在陶瓷片夹层四周涂一层耐高温胶来防止气孔的出现和进一步固化试样，完成后将其放置在干燥箱中固化。2 成像结果与讨论
通过原位观测技术获得了不同Zn含量镁合金枝晶的实时演变过程，如图3所示。图中圆圈标记为测量的枝晶（测量生长速率和尖端半径），每组图像中测量3个不同枝晶。虚线框为枝晶生长角度测量区域。由图可知，枝晶首先出现在型腔表面，这是由于实验冷速较低，其不能产生克服形核能垒的过冷度，所以在基体中形核较难。同时在较低的冷速下，液体温度分布均匀，过冷到某一温度，这时优先在型腔表面形核长大，其释放的结晶潜热通过固相和液相散出，产生负的温度梯度。此时，由于过冷较小，枝晶的生长驱动力较小，在热流扰动的作用下，初生柱状晶的生长方向与温度梯度形成了一定的偏差，使其倾斜生长进入过冷熔体中。它的长大速度比周围更迅速，快速形成枝晶臂，而且生长出二次枝晶臂，如图3(a1）、（b1）、（c1）所示。在随后的凝固过程中，先形核的枝晶生长空间充足，枝晶彼此之间自由生长，一次枝晶臂沿其择优方向迅速发育，并生长出了发达的二次枝晶。随着凝固的进行，晶核数目逐渐增加，枝晶间的竞争生长变得更加激烈，部分枝晶臂间发生硬撞击，使得其一次枝晶臂或二次枝晶臂生长速度减慢并停止生长，如图3(a2）、（b2）、（c2）所示。同时该过程也存在着软碰击来抑制枝晶的生长，这是由于枝晶开始生长时空间充足，溶质能够快速排出，随着凝固的进行，枝晶快速长大，生长空间逐渐变小，导致不同枝晶排出的溶质相遇，聚集在一起形成溶质富集，使得枝晶间出现溶质偏析，进而抑制了枝晶的生长。此外，在凝固后期，图3(b3）和（c3）中伴随有少量等轴晶的生成，随时间的推移发生等轴晶向柱状晶转变（ECT）的现象，并且相对于图3(b3）、（c3），图3(a3）中的枝晶更加粗大。最终，不同取向的枝晶均朝着水平向右的方向进行生长，并充满整个视场。通过测量枝晶（虚线框内）的生长角度，发现这种朝着水平向右下方向生长的枝晶生长方向角度基本一致。2.2 Zn含量对Mg-Gd系合金枝晶生长速度的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]Zn添加对Mg-8Al-2Sn镁合金组织和力学性能的影响（英文）[J]. 伍华怡,张丁非,蒋璐瑶,冯靖凯,赵阳,潘复生. 稀有金属材料与工程. 2019(07)
[2]以镁、锌、铝为主要合金元素的应用合金研究进展[J]. 李明珍,王世栋,叶秀深,李权,吴志坚,火焱. 盐湖研究. 2015(04)
[3]Zn含量对Mg-Er-Zn合金铸态组织和力学性能的影响[J]. 张晋涛,李志宏,李克志. 铸造技术. 2013(11)
[4]锌含量对Mg-Gd-Zn合金铸态组织和力学性能的影响[J]. 郭连平,陈乐平,尹健,吁艳林. 铸造技术. 2013(02)
[5]锌对镁锡合金组织和性能的影响[J]. 赵浩峰,王玲,颜开,孙磊,章帅,李庆芳,雷勇. 稀有金属材料与工程. 2010(S1)
[6]主要合金元素在镁合金中的作用[J]. 黄晓锋,朱凯,曹喜娟. 铸造技术. 2008(11)
[7]高锌镁合金研究[J]. 姚三九,刘卫华,陈日月. 特种铸造及有色合金. 2001(05)
本文编号：3381698
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