onderzoek voortgang en vooruitzichten op graanverfijning in gegoten magnesium-zeldzame aardlegeringen

1. background en betekenis

gegoten magnesium zeldzame aardlegeringen hebben de kenmerken van lage dichtheid, hoge specifieke sterkte en specifieke stijfheid en goede kruipweerstand. ze worden vaak gebruikt om belangrijke ruimtevaartcomponenten te vormen, zoals motormasten en carriercabines, die het gewicht van het vliegtuig kunnen verminderen, de belasting en manoeuvreerbaarheid kunnen verbeteren en brede toepassingsperspectieven hebben op het gebied van ruimtevaart, verdediging en militair. in vergelijking met vervormde legeringen is de structuur van gegoten magnesium zeldzame aardlegeringen echter relatief grof, wat resulteert in onvoldoende sterkte en taaiheid, en gemakkelijk te produceren gietdefecten zoals warm kraken en krimp, die de ontwikkeling en toepassing van krachtige cast magnesium zeldzame aardbladen ernstig beperkt. de behandeling met graanverfijning kan de prestaties van het gietproces en de mechanische eigenschappen van magnesium zeldzame aardlegeringen tegelijkertijd verbeteren en is een belangrijke link bij het bepalen van de voorbereidingskwaliteit en serviceprestaties van cast magnesium zeldzame aardlegeringen. het gieten van magnesium zeldzame aardlegeringen omvat echter veel procesverbindingen, en verschillende procesverbindingen hebben een belangrijke invloed op de graanverfijning.

onlangs namen professor wu, assistent -onderzoeker tong en universitair hoofddocent wang uit shanghai jiao tong university het hele castingproces van magnesium zeldzame aardlegering als de hoofdlijn als de hoofdlijn en systematisch de effecten van legering, smelt verfijning en purificatiebehandeling, externe energieveld en verschillende gietprocessen over de graanrefinie van de magnesium zeldzame aardse aard alloy (zoals getoond in figuur 1). ze bespraken de controlemethoden van de korrelgrootte van magnesium zeldzame aardlegering vanuit verschillende hoeken en concentreerden zich op de nieuwste vooruitgang in het verfijningsmechanisme van verschillende raffinaderijen, de interactie tussen smeltzuivering en verfijning, en de composietbehandeling van externe energieveld en verfijningen. ze wezen op de huidige problemen en keken uit naar de ontwikkelingstrend van graanverfijningsbehandeling van magnesium zeldzame aardlegering, waardoor nieuwe ideeën werden geboden voor de efficiënte verfijningsbehandeling van magnesiumlegering in de toekomst.

figuur 1: effecten van verschillende processen op graanverfijning tijdens het gieten van magnesium zeldzame aardlegering van de aardlegering

2. grafische tour

eerst worden de effecten van zeldzame aardse elementen en heterogene nucleatie -deeltjes op de korrelverfijning van gegoten magnesium zeldzame aardlegeringen beoordeeld. gemeenschappelijke zeldzame elementen van de aardlegering in magnesiumlegeringen omvatten gd, y, nd, la, ce, sm, yb, enz., die aan de voorkant van de vaste-vloeistof-interface zullen scheiden om een ​​onderkoelde samenstelling te vormen, de vorming van nieuwe kernen te bevorderen en de voortdurende groei van de oorspronkelijke kern te remmen. het is echter moeilijk om een ​​efficiënte graanverfijning van magnesiumlegeringen te bereiken door alleen de samenstelling van zeldzame aardelementen te versterken. daarom worden magnesium zeldzame aardlegeringen vaak behandeld met zr voor graanverfijning en worden ze vaak toegevoegd in de vorm van mg-zr masterlegeringen. studies hebben aangetoond dat de bestaande vorm van zr in mg-zr masterlegeringen de sleutel is tot het graanverfijningseffect. mg-zr masterlegeringen met fijne en uniforme zr-deeltjes hebben een hogere korrelverfijningsefficiëntie. zoals getoond in tabel 1, kunnen voorbehandelingen, zoals extrusie, rollen, roerwrijvingsverwerking en gelijke kanaalextrusie, de bestaande vorm van zr in mg-zr-masterlegeringen optimaliseren, zr-deeltjesagglomeratie verbreken en de zr-deeltjesgrootte verfijnen. uit het nieuwste onderzoek blijkt ook dat nano-schaal zr-deeltjes kunnen worden bereid in mg-zr master alloys door hoogfrequente puls die voorbehandeling remt, die de ontbinding van zr bevordert en het aantal effectieve zr-kernen in de melt intimeers srain-afficiet bij meer dan 50%bent. in-situ genereer 0,5 ~ 3μm zr-deeltjes met een goed graanverfijningseffect. sommige insluitingen van gesmolten zout zijn echter moeilijk om effectief te scheiden van de smelt, waardoor de zuiverheid van de smelt wordt verminderd.

tabel 1: veelgebruikte methoden voor voorbehandelingsmodificatiemethoden voor mg-zr master alloys

fig.2: microstructuur en verfijningseffect van mg-zr master alloy na hoogfrequente pulsverlichting voorbehandeling

naast zr wordt al2re (inclusief al2gd, al2y, al2sm, enz.) vaak ook gebruikt als heterogene nucleatie -deeltjes in magnesium zeldzame aardlegeringen. al2re-deeltjes worden voornamelijk gevormd door de in-situ reactie van al en rare earth-elementen, die verschilt van de zr-legeringsmethode. vanwege het hoge smeltpunt heeft al-re een pinning-effect op de korrelgrens en is de stabiliteit van de microstructuur van mg-re-al-legering hoger dan die van mg-re-zr-legering. de vorming van al2re zal echter een bepaalde hoeveelheid zeldzame aardelementen verbruiken, dus overmatige toevoeging van al zal leiden tot een afname van de vloeigrens van de legering en een verzwakte verouderingshardende respons, die is geverifieerd in legeringen zoals mg-gd-y en mg-sm. bovendien wordt al2re gevormd tijdens de stolling van de legering en worden de grootte en de distributiekarakteristieken ervan bepaald door de al/re -concentratieverhouding en koelsnelheid. onder gietprocesomstandigheden met een langzame koelsnelheid (zoals zandgieten), zal het graanrefinitatie -effect van al2re worden verminderd. samenvattend, om het beste graanrefinitieseffect te verkrijgen, moeten de chemische samenstelling en werkelijke stollingsomstandigheden van de magnesium zeldzame aardlegering tegelijkertijd worden overwogen.

ten tweede worden de fysieke verfijningsmethoden van magnesium-zeldzame aardlegeringen beoordeeld, waaronder puls, pulsmagnetisch veld en ultrasone behandeling. deze externe fysieke velden kunnen een sterke convectie in de smelt veroorzaken, en het geproduceerde cavitatie -effect zal de dendrietarm breken en de nucleatiesnelheid verhogen; de externe energievelden zijn ook bevorderlijk om te voldoen aan het nucleatiewerk dat nodig is voor nucleatie en het verhogen van het aantal embryo's in de smelt. in het bijzonder, wanneer een extern fysiek veld wordt gecombineerd met zr- of al2re -boetebehandeling, kunnen nog betere graanverfijningseffecten worden bereikt. nadat ultrasone behandeling bijvoorbeeld wordt toegepast in de mg-5sm-al-legering, verfijnen het cavitatie-effect en akoestische streaming-effect van het ultrasone veld de in-situ gegenereerde al2sm-deeltjes effectief en verbetert het hun verdelingshomogeniteit. de heterogene nucleatiepotentie van de al2sm -deeltjes wordt verbeterd en het graanverfijningseffect is opmerkelijker. uit de studie bleek ook dat het temperatuurbereik van het fysieke veld ook een belangrijke invloed heeft op het graanverfijningseffect. bijvoorbeeld, b.nagasivamuni et al. bleek dat wanneer ultrasone behandeling wordt toegepast boven de draadtemperatuur van mg-zr-legering, de neerslag van zr-deeltjes effectief kan worden geadsorbeerd en het oplossen van zr in magnesiumvloeistof kan worden versneld; als de ultrasone behandeling blijft werken op de legeringsoplossing, zal de neerslag en adsorptie van zr -deeltjes verder worden verminderd. aldus wordt verwacht dat het gebruik van zr/al2re- en fysieke veldcomposietbehandeling de graanverfijning van magnesium zeldzame aardlegeringen zal bereiken, wat een van de belangrijke richtingen zal zijn voor de ontwikkeling van krachtige gegoten magnesium zeldzame aardlegeringen.

na het raffineren moeten magnesium zeldzame aardlegeringen vaak worden gezuiverd. aangezien zowel raffinage als zuivering complexe metallurgische reactieprocessen op de hoge temperatuur omvatten, is er een zekere interactie tussen de twee en het resultaat van de interactie zal direct de uiteindelijke bereidingskwaliteit van de smelt beïnvloeden. de interactie tussen verfijning en zuivering van het magnesium zeldzame aardblazing en zuivering wordt voornamelijk weerspiegeld in drie aspecten, waaronder: (1) bepaalde insluitsels of onzuiverheidselementen kunnen een bepaald verfijningseffect opleveren; (2) bepaalde verfijningsmedia kunnen een bepaald zuiveringseffect opleveren; (3) bepaalde verfijningsmedia en zuiveringsmedia zullen met elkaar interageren. de gemeenschappelijke oxide-insluitsels mgo en onzuiverheidselementen fe in magnesiumlegering hebben bijvoorbeeld een bepaald effect op de graanverfijning van magnesiumlegeringen, voornamelijk omdat mgo-deeltjes en sommige fe-bevattende fasen kunnen dienen als heterogene nucleatieplaatsen voor α-mg; en de verfijningselementen of deeltjes zoals zr en re in de smelt zullen reageren met onzuiverheidselementen zoals fe en ni in de smelt en combineren om onoplosbare verbindingen te vormen, waardoor de zuiverheid van de smelt wordt verbeterd. de interactie tussen het raffinagemedium en het zuiveringsmedium wordt voornamelijk gemanifesteerd in twee punten: ten eerste, tijdens het staande proces na het raffineren van de smelt, zullen componenten met hoge dichtheid (zoals zr-deeltjes, re-elementen) agglomereren met de raffinage-agent-inclusies en zich op hetzelfde moment vestigen. naarmate de staande tijd toeneemt, is het smeltzuiveringseffect verbeterd, maar het verfijningseffect begint te dalen; ten tweede, tijdens het raffinageproces, zal de flux adsorberen of reageren met re- en zr -elementen, waardoor het verlies van re- en zr -elementen wordt veroorzaakt en het graanverfijningseffect wordt verminderd, zoals weergegeven in figuur 3. daarom is er een zeer complexe interactie tussen de verfijning en zuiveringsbehandeling behandeling van zeldzame aardbladen. inzicht in en goed gebruik maken van de bovenstaande interactie zal helpen de voorbereidingskwaliteit van bestaande magnesium zeldzame aardlegering te verbeteren.

fig.3: structuur- en sedimentatiegedrag van agglomeraten gevormd door het verfijnen van medium en zuiveringsmedium in magnesium zeldzame aardlegeringsmelt

ten slotte worden verschillende gietmethoden van magnesium zeldzame aardlegeringen beoordeeld, waaronder hoge druk gieten, gieten van het gieten, semi-continu gieten, tweelingrol gieten, semi-vaste vorming, enz., en de effecten van verschillende gietmethoden op de graanverfijning van magnesium zeldzame aardige aardbladen worden besproken. de essentie van verschillende gietmethoden is verschillende stollingsomstandigheden, waaronder verschillende temperatuurvelden, opgeloste velden, stroomvelden, enz. deze factoren hebben een belangrijke invloed op het stollingsgedrag van magnesium zeldzame aardlegeringen, wat resulteert in verschillende korrelverfijningseffecten. de wanddikte van die gietstukken is bijvoorbeeld klein en de koelsnelheid is extreem snel. de korrelgrootte van sterfte magnesium zeldzame aardlegeringen is over het algemeen de kleinste, slechts 3 ~ 10 μm, maar vanwege het pre-kristallisatie-effect in het vat, met gegoten magnesium zeldzame aardlegeringen presenteren meestal een bimodale korrelstructuur; in het squeeze -gietproces stroomt de smelt in een stabiele laminaire stroom en is de interne kwaliteit van het gieten goed. daarom kunnen squeeze-casting magnesiumlegeringen worden behandeld om volledig te spelen aan de voordelen van sterke veroudering van het magnesium zeldzame aardlegeringen; de semi-continue gietgrootte is groot, en de koelsnelheid van het oppervlak en de kern van de magnesium zeldzame aardlegering is heel anders, wat resulteert in ongelijke korrelgrootteverdeling. elektromagnetisch geassisteerde gieting bij de kristallizer kan de uniformiteit van de microstructuur van semi-continu gegoten magnesium zeldzame aardlegeringen effectief verbeteren; casting met dubbele rol biedt een short-process magnesium zeldzame aardbladenvormingsmethode. onder de koppeling van snelle koel- en vervormingskracht is de korrelgrootte van magnesium zeldzame aardlegeringen klein; de semi-solid gevormde magnesium zeldzame aardlegering bevat primaire korrels en secundaire primaire korrels, dus de semi-solid magnesium zeldzame aardlegering presenteert ook een typische bimodale korrelstructuur. het is te zien dat zowel samenstelling- als gietprocesomstandigheden een belangrijke invloed hebben op de korrelgrootte van magnesium zeldzame aardlegeringen.

3. conclusie en vooruitzichten

korrelverfijning is de sleutel tot het bepalen van de kwaliteit en prestaties van cast magnesium zeldzame aardlegeringen. zr-legering door mg-zr master-legeringen is nog steeds een van de eenvoudigste en meest effectieve korrelverfijningsbehandelingsmethoden in het werkelijke productieproces van magnesium zeldzame aardlegeringen, maar de zr-legeringstemperatuur is hoog, de zr-opbrengst is laag en het verfijningseffect moet verder worden verbeterd. gaochuang zeldzame aarde legeringen direct legeringen mg en zr om een ​​nieuw type mg-zr master alloy te ontwikkelen. vergeleken met traditionele mg-zr-masterlegeringen, wordt het zr-gehalte gelijk verdeeld en is de korrelgrootte klein, wat de zr-opbrengst aanzienlijk verbetert en een goede oplossing biedt voor de graanverfijning van zeldzame aardmagesiumlegeringen.