强剪切熔体处理对压铸镁合金组织和性能优化机理

细化晶粒和改善强化相形态分布是提高镁合金综合性能的重要手段。对于AS系耐热镁合金，由于粗大汉字状Mg2Si相的形成，恶化了其力学性能，需要寻求改善其形貌和分布的有效途径。强剪切熔体处理在细化晶粒和改善第二相性状方面均显示了良好的效果，在高性能AS系耐热镁合金制备方面具有很好的潜力。本项目利用研究组建立的双螺旋强剪切熔体处理设备，针对AS系镁合金，采取熔体处理+压铸成形工艺，研究强剪切熔体处理细化晶粒和改善析出相形态、分布的冶金机理，在此基础上优化合金成分设计和熔体处理成形工艺，以期制备出具有良好的显微组织形态和优良综合力学性能的AS系耐热镁合金。另外，利用这一设备的强分散能力，可以采取外加Mg2Si颗粒的辅助手段，获得普通方法难以制备的高Mg2Si体积分数耐热镁合金，以获得更好的高温性能。本项目已具有良好的技术积累和独特完善的设备条件，可以预期获得良好的研究成果。

细化晶粒和改善强化相形态分布是提高镁合金综合性能的重要手段。对于AS系镁合金，由于常规凝固条件下生成粗大汉字状Mg2Si相严重恶化其力学性能，本项目在不添加微合金元素的情况下，通过强剪切熔体处理工艺，显著细化AS41合金基体的晶粒大小，630℃下从未搅拌的60μm减小到经过搅拌的15μm，同时间接抑制了Mg2Si相的长大。.通过计算AS系镁合金的凝固过程，发现其主要的相反应是共晶反应L→α-Mg+Mg2Si。计算熔体中两相的Jackson因子，依据共晶理论，该反应属于非规则共晶，从而造成Mg2Si相在凝固组织中形态的多样性。Mg2Si在组织中主要有两种分布形态：先共晶Mg2Si和共晶组织中的Mg2Si。.先共晶Mg2Si在熔体中以小平面方式生长，晶体外形受熔体局部热扩散、溶质浓度扩散以及毛细作用的影响很大，对生长环境和杂质浓度敏感。在凝固组织中可见立方体、八面体、漏斗状晶体等不同外形的Mg2Si相，这是由于局部生长环境造成Mg2Si的[100]和[111]方向的相对生长速度不同所致。.实验发现共晶Mg2Si相在AS41合金中表现为连续分布的弯曲片层，厚度约为1μm。根据文献报道，这种弯曲片层的生长机理应为利用晶体缺陷（螺位错或孪晶凹角）生长，但本项目尝试用FIB制样，尚未成功。.由于AS系镁合金中Mg2Si相与基体Mg相具有电位差，为提高镁合金的耐蚀性，本项目开发了一种单相高强Mg-1.5Zn-0.6Zr合金，并研究了该合金在高、低两种浸蚀环境中的腐蚀行为并揭示其机理。研究发现，Mg-1.5Zn-0.6Zr合金表现为单相等轴晶组织特征，具有较高的极限抗拉强度和延伸率。在5%NaCl溶液和Hank’s溶液中，Mg-1.5Zn-0.6Zr合金的降解速率均显著低于AZ91D合金，并表现为显著的均匀腐蚀特征。.此外研究表明，Sc能显著细化Mg-1.5Zn-0.6Zr-xSc合金的平均晶粒尺寸；随着Sc含量的升高，合金中析出物的种类和数量都增大。随着Sc含量的升高，合金的屈服强度升高、延伸率下降、硬度和耐磨性都升高。低含量Sc添加（x 0.2%）可以优化合金的腐蚀行为，而高含量Sc则会恶化合金的腐蚀行为。.在此基础上研究了挤压变形对合金组织和性能的影响。经挤压加工后，Mg-1.5Zn-0.6Zr-0.2Sc合金晶粒得到明显的细化，强塑性硬度都有所提高，腐蚀速率下降。