【摘 要】
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由于Si可以与镁合金中的Mg结合,生成耐高温、强度大的Mg2Si相,而被越来越广泛的应用于提高镁合金高温性能。但是,但传统铸态下的初生与共晶Mg2Si组织形貌粗大,严重制约了其在工程上的使用。因此,改善初生和共晶Mg2Si相的尺寸和形貌成为一个关键问题。本文基于Ba、Nd、La对Mg-3Si-4Zn镁合金的变质处理,通过OM(OLYMPUS)、SEM(SIGMA)、EDS(X-Maxn)、XRD(
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由于Si可以与镁合金中的Mg结合,生成耐高温、强度大的Mg2Si相,而被越来越广泛的应用于提高镁合金高温性能。但是,但传统铸态下的初生与共晶Mg2Si组织形貌粗大,严重制约了其在工程上的使用。因此,改善初生和共晶Mg2Si相的尺寸和形貌成为一个关键问题。本文基于Ba、Nd、La对Mg-3Si-4Zn镁合金的变质处理,通过OM(OLYMPUS)、SEM(SIGMA)、EDS(X-Maxn)、XRD(Smartlab)等手段对其微观结构进行表征、硬度测试对其力学性能进行测试。研究单一变质剂、复合变质剂及其含量对合金组织及力学性能的变化规律,探究变质剂对初生及共晶Mg2Si的变质效果及其变质机理。研究表明在单一变质剂条件下,Mg-3Si-4Zn合金经Ba、Nd、La变质后,初生及共晶Mg2Si均有良好的变质效果,但是不同变质元素的变质效果及其含量之间的关系存在较大差异,其最佳变质含量分别为1.2%、2.5%、0.5%。而且不同的变质元素的变质作用也不相同,Ba对共晶Mg2Si的变质效果更好,其形貌由复杂粗大汉字状变为简单汉字状组织。而Nd相对于Ba、La对初生Mg2Si的变质效果更为明显,经Nd变质后,初生Mg2Si由粗大的树枝状变为弥散分布的细小的块状组织。而La对初生及共晶均有较为明显的变质效果,其中对共晶Mg2Si的效果更为显著,经La变质后,共晶Mg2Si变为简单点线状组织。在不同的变质条件下,合金的力学性能随变质效果的增强而提升。变质元素对初生Mg2Si变质效果排序依次是Nd>La>Ba,对共晶Mg2Si的变质效果依次是La>Ba>Nd。与Nd变质相比,在Ba-Nd复合变质的条件下,初生Mg2Si的尺寸更小,由平均面积76μm~2变为25μm~2。通过Miedema模型和对吉布斯自由能的线性拟合发现,由于Nd、Ba原子能与Si原子形成更加稳定的化合物,使Si在凝固初期不与Mg原子结合,抑制了初生Mg2Si的生长速率,使初生Mg2Si被细化。与La作为单一变质剂加入相比,Ba-La复合变质对共晶Mg2Si的细化效果更为明显,其尺寸由53μm~2变为38μm~2。这是由于毒化作用,使Ba偏析到Mg2Si颗粒的固液界面前沿引起成分过冷,且La能吸附在共晶Mg2Si的最佳生长面(1 0 0)上,二者共同作用,抑制了共晶Mg2Si的生长。
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