康洪巖

（中國(guó)航發(fā)哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司 黑龍江 哈爾濱 150066）

由于AZ91鎂合金在我國(guó)社會(huì)多個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，引起了社會(huì)關(guān)于AZ91鎂合金鑄造工藝的討論熱，從而發(fā)現(xiàn)了當(dāng)采用不同方法時(shí)，AZ91鎂合金的凝固組織以及力學(xué)性能存在著差異，究其原因在于鑄造冷卻速度的不同。而目前對(duì)于這一規(guī)律并未進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)，相關(guān)研究實(shí)證成果也較少，因此，此次研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 不同鑄造冷卻速度下AAZZ9911鎂合金凝固組織變化情況

本次研究以AZ91鎂合金為對(duì)象，使用坩堝電阻爐進(jìn)行熔煉，為了避免出現(xiàn)氧化燃燒情況，熔煉時(shí)將覆蓋劑均勻的撒在了熔體表面。當(dāng)熔體加熱溫度上升到750℃后，轉(zhuǎn)至精煉，保溫20min，并對(duì)熔體進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，等待溫度下降，?00℃時(shí)將擁有不同冷卻速度的鑄型澆入，得到試棒。而待溫度達(dá)到600℃時(shí)，澆注砂型、金屬型、隨爐冷卻金屬型、水冷金屬型四種鑄型，并獲得試棒。待試棒冷卻后，選擇距離其底部位置25mm處進(jìn)行取樣，通過(guò)拋光等多項(xiàng)處理后獲得金相樣品。冷卻過(guò)程中，從四種鑄型方法來(lái)看，砂型耗時(shí)最高、水冷金屬型耗時(shí)最少，具體來(lái)講砂型的平均冷卻速度為1.2（℃·s-1）、金屬型為10.6（℃·s-1）、隨爐冷卻金屬型為6.4（℃·s-1）、水冷金屬型為16.5（℃·s-1）。

為了對(duì)四種鑄造冷卻速度下鎂合金的凝固組織變化情況進(jìn)行對(duì)比，使用顯微鏡對(duì)試樣組織情況進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)AZ91鎂合金的大部分微觀組織為灰白色基體α-Mg以及擁有不同形貌的第二相。其中砂型鑄造試樣的微觀組織有著晶界分明、間距寬大、尺寸較大的晶粒，伴有分散性點(diǎn)狀析出相；隨著冷卻速度的變化，枝狀晶的間距呈縮小狀態(tài)，晶粒的尺寸也有所變化，這是最慢的鑄造冷卻速度，也正是由于冷卻時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致晶粒有了更充分的時(shí)間發(fā)展，所以導(dǎo)致晶粒普遍偏大，可以更充分的析出溶質(zhì)元素。而冷卻速度提升后，AZ91鎂合金凝固組織中析出了更多的A1原子，晶粒析出的溶質(zhì)元素形成了一層富集層，從而刺激α-Mg晶核的生長(zhǎng)，導(dǎo)致其越來(lái)越多，生長(zhǎng)速度也越來(lái)越快，如果為樹狀將會(huì)有二次或三次枝晶臂出現(xiàn)。[1]這種情況隨著冷卻速度的增快愈發(fā)明顯，從而使AZ91鎂合金凝固組織得到了更好的細(xì)化。

同時(shí)，觀察中對(duì)不同鑄造冷卻速度下晶粒的微觀尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)隨著冷卻速度的提升，晶粒微觀尺寸越來(lái)越小，例如砂型鎂合金的平均晶粒尺寸為166.2/μm，而水冷金屬型鎂合金的平均晶粒尺寸為42.5/μm，這種情況的出現(xiàn)主要是因?yàn)槔鋮s速度的提升導(dǎo)致晶粒形核能量以及尺寸發(fā)生了變化，晶粒也得到了細(xì)化，析出的溶質(zhì)元素不再具有充足的能力進(jìn)行擴(kuò)散以及晶粒細(xì)化。

2 不同鑄造冷卻速度下AAZZ9911鎂合金力學(xué)性能變化情況

此次研究選擇了四種不同鑄造方法，有4種不同冷卻速度，每種鑄造方法獲得的試樣經(jīng)過(guò)5次拉伸，統(tǒng)計(jì)了其抗拉強(qiáng)度、拉伸性能的力學(xué)性能參數(shù)，從而可以確定不同鑄造冷卻速度對(duì)AZ91鎂合金的力學(xué)性能有著直接的影響。抗拉強(qiáng)度以及伸長(zhǎng)率與冷卻速度為正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)冷卻速度上升后，AZ91鎂合金的抗拉強(qiáng)度以及伸長(zhǎng)率也處于增長(zhǎng)狀態(tài)，如砂型鑄造方法下獲得試樣的抗拉強(qiáng)度為150MPa，而水冷金屬型鑄造方法下獲得試樣的抗拉強(qiáng)度為170MPa；砂型鑄造方法下獲得試樣的伸長(zhǎng)率為140%，而水冷金屬型鑄造方法下獲得試樣的伸長(zhǎng)率為160%。從而可以得出結(jié)論：冷卻速度的增加可以實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能的雙重強(qiáng)化。

在上述分析中，發(fā)現(xiàn)冷卻速度的增加使晶粒尺寸逐步縮小，這樣能夠使AZ91鎂合金的凝固組織更加緊密，從而提升了AZ91鎂合金的強(qiáng)度以及抗變形能力；而隨著冷卻速度的提升，AZ91鎂合金的第二相也受到了強(qiáng)化，這就導(dǎo)致AZ91鎂合金的韌性以及塑性等力學(xué)參數(shù)都得到了優(yōu)化。

3 結(jié)論

綜上所述，文章對(duì)不同鑄造冷卻速度下AZ91鎂合金凝固組織以及力學(xué)性能變化情況進(jìn)行了總結(jié)，可以看出，凝固組織與力學(xué)性能的變化與鑄造冷卻速度有直接關(guān)系：凝固組織中的晶粒會(huì)隨著冷卻速度的提升出現(xiàn)尺寸變小的情況；而隨著冷卻速度的提升，AZ91鎂合金的力學(xué)性能有了優(yōu)化，能夠獲得更高質(zhì)量的鎂合金。