镁合金铸轧凝固过程与铸坯组织特征分析

发布时间：2019-11-23 06:49

【摘要】：数值模拟了镁合金铸轧凝固中传热与流动过程,分析了铸轧速度对铸坯凝固温度场、流场的影响。制备了镁合金铸轧板坯,采用金相显微镜、扫描电镜等分析了板坯组织、形貌及成分分布特征。根据数值模拟结果与铸坯组织特征,分析了铸轧板坯中心线偏析形成过程。结果表明,镁合金铸轧速度显著影响铸轧区熔体的传热与流动过程,并决定铸坯全凝固点位置;铸轧区中熔体沿垂直轧辊面间存在强烈的热交换,铸坯沿传热反方向形成发达的柱状晶,溶质元素在凝固前沿固液界面处发生溶质再分配,Al、Zn元素在上下凝壳焊合位置富集,形成中心线偏析。
【图文】：

低至１．８ｍ／ｍｉｎ时，铸坯纵截面中心偏析区域明显减少，仅在局部区域有深灰色不连续的宏观偏析出现；此外，晶粒生长方向发生偏转，不再严格垂直于轧辊表面方向，见图５。分析认为，当铸轧速度降低时，铸坯凝固前沿位置朝铸嘴供液端移动，中心区域板坯承受一定轧制力情况下凝固，导致晶粒生长方向发生偏移。随着铸轧速度进一步降低至１．５ｍ／ｍｉｎ后，铸坯纵截面中心线偏析完全消失，中心区域晶粒生长方向从垂直轧辊表面方向发展到近似平行于轧辊表面方向。（ａ）低倍组织（ｂ）高倍组织图４铸轧速度为２．１ｍ／ｍｉｎ时板坯纵截面组织图５铸轧速度为１．８ｍ／ｍｉｎ时板坯纵截面中心区域组织图６铸轧速度为１．５ｍ／ｍｉｎ时板坯纵截面中心区域组织采用扫描电镜，进一步分析图４中板坯中心线偏析微区成分，结果见图７。从图７ｂ可知，在中心线偏析区域内，Ａｌ元素平均含量达到１５．３９％，Ｚｎ元素平均含量达到２７．５９％，分别为基体中相应元素成分含量的４．９６倍和２５倍，微区成分结果中并未检测到Ｍｎ元素。查阅相图手册，近似估算镁合金体系中溶质Ａｌ、Ｚｎ元素（ａ）ＳＥＭ（ｂ）能谱分析图７镁合金铸坯中心线偏析能谱分析结果的平衡凝固溶质分配系数，分别为０．３９３和０．１７３，而溶质Ｍｎ元素的平衡凝固分配系数为１．１［１２］。根据凝固界面溶质分配规律，Ａｌ、Ｚｎ元素在凝固前沿液相中富集而发生正偏析，元素含量远高于基体；Ｍｎ元素平衡凝固溶质分配系数略大于１，在凝固前沿液相中发生贫化而产生负偏析。另外，Ｍｎ元素在基体中平均含量

．８ｍ／ｍｉｎ时板坯纵截面中心区域组织图６铸轧速度为１．５ｍ／ｍｉｎ时板坯纵截面中心区域组织采用扫描电镜，进一步分析图４中板坯中心线偏析微区成分，结果见图７。从图７ｂ可知，在中心线偏析区域内，Ａｌ元素平均含量达到１５．３９％，Ｚｎ元素平均含量达到２７．５９％，分别为基体中相应元素成分含量的４．９６倍和２５倍，微区成分结果中并未检测到Ｍｎ元素。查阅相图手册，近似估算镁合金体系中溶质Ａｌ、Ｚｎ元素（ａ）ＳＥＭ（ｂ）能谱分析图７镁合金铸坯中心线偏析能谱分析结果的平衡凝固溶质分配系数，分别为０．３９３和０．１７３，而溶质Ｍｎ元素的平衡凝固分配系数为１．１［１２］。根据凝固界面溶质分配规律，Ａｌ、Ｚｎ元素在凝固前沿液相中富集而发生正偏析，元素含量远高于基体；Ｍｎ元素平衡凝固溶质分配系数略大于１，在凝固前沿液相中发生贫化而产生负偏析。另外，Ｍｎ元素在基体中平均含量相对较低，最终导致中心线偏析区域内未检测到Ｍｎ元素。５结论（１）镁合金铸轧凝固过程中，凝壳沿垂直轧辊表面方向逐层生长，当铸轧速度较高时，镁合金铸坯纵截面上下部分由发达柱状晶组成，中心区域极易出现连续的偏析带。（２）铸轧速度显著影响铸轧区全凝固点位置，并改变镁合金铸坯凝固组织生长过程。当铸轧速度降低时，铸坯全凝固点位置向供液端方向移动，铸轧板坯纵截面中心线偏析带逐渐减少甚至消失，上下部分晶粒生长方向发生偏转。（３）镁合金铸轧板坯纵截面中心线偏析带主要由富含溶质Ａｌ、Ｚｎ元素的金属间化合物组成，偏析区域显微组织为细小等轴晶，与周

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