Microstructure of Al-4.99Zr-1.1B Master Alloy and Its Grain Refinement Effect on AZ31 Magnesium Alloy

采用K2Zr F4、KBF4混合粉末与铝熔体原位合成方法制备了Al-4.99Zr-1.1B合金,利用X射线衍射仪、光学显微镜和扫描电镜,研究了Al-4.99Zr-1.1B合金的显微组织及其对AZ31镁合金的晶粒细化作用。结果表明:Al-4.99Zr-1.1B合金中含有大量细小的Zr B2粒子。随着Al-4.99Zr-1.1B合金添加量的增加,AZ31镁合金的α-Mg晶粒逐渐细化,晶间β-Mg17Al12相从网状转变成细小块状。添加0.6%的Al-4.99Zr-1.1B合金,可使AZ31镁合金的α-Mg晶粒从170μm细化到45μm。Zr B2粒子作为α-Mg晶粒的异质形核核心使α-Mg晶粒得到细化。     

镁合金细化剂Al-5Zr-1B合金的组织与细化性能

采用K2ZrF4和KBF4混合粉末与铝熔体直接反应制备镁合金晶粒细化剂Al-5Zr-1B合金,利用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜,研究了Al-5Zr-1B合金的显微组织及其对纯Mg和AZ31镁合金的晶粒细化作用。结果表明:Al-5Zr-1B合金中含有大量细小的ZrB2粒子,平均尺寸为0.2μm,ZrB2粒子作为异质形核核心使纯Mg和AZ31镁合金晶粒得到细化。随着Al-5Zr-1B合金添加量的增加,纯Mg和AZ31镁合金的晶粒尺寸逐渐减小。添加0.3%(质量分数)的Al-5Zr-1B合金,可使纯Mg晶粒从1400μm细化到120μm。添加0.6%的Al-5Zr-1B合金,可使AZ31镁合金晶粒从170μm细化到45μm。     

合成温度对Al-5Zr-1.8B合金组织与细化能力的影响

以K2Zr F6、KBF4粉末和纯Al为原料,采用熔体反应法制备镁合金晶粒细化剂Al-5Zr-1.8B合金。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等,研究了合成温度对Al-5Zr-1.8B合金的组织和晶粒细化能力的影响。结果表明,Al-5Zr-1.8B合金的细化能力随着合成温度的升高出现了先提高再降低的趋势,合成温度为850℃时合成的Al-5Zr-1.8B合金晶粒细化效果最好。添加0.6%的Al-5Zr-1.8B合金,AZ91D镁合金的晶粒被细化至108μm,抗拉强度和伸长率分别提高到204 MPa和3.94%,比未添加细化剂相比,AZ91D镁合金的晶粒尺寸下降了67.07%,抗拉强度和伸长率分别提高了31.61%和27.92%。晶粒细化机制可归结为Zr B2粒子作为α-Mg的异质形核核心。     

Al-5Zr-xB细化剂组织及对AZ91D合金的细化作用

采用KBF4和K2ZrF4混合粉末与铝熔体反应制备镁合金用Al-5Zr-xB细化剂,利用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜,研究了Al-5Zr-xB镁合金细化剂的显微组织及其对AZ91D镁合金的晶粒细化作用。结果表明,Al-5Zr-xB细化剂中含有大量细小均匀的ZrB2粒子,ZrB2粒子团聚分布在α-Al晶界上。细化剂中的B含量越高,ZrB2粒子的数量越多,晶粒细化能力越强。添加0.2%的Al-5Zr-1.8B细化剂,可使AZ91D镁合金中的α-Mg晶粒细化至120μm,抗拉强度和伸长率分别提高至213 MPa和4.95%,与未添加Al-5Zr-1.8B细化剂相比,AZ91D镁合金的晶粒平均直径下降了63.4%,抗拉强度和伸长率分别提高了15.1%和30.3%。     

Al-5C中间合金对AZ31镁合金的细化机理

采用粉末原位合成工艺制备Al-5C中间合金,研究Al-5C中间合金对AZ31镁合金晶粒细化的影响及细化机理。结果表明：Al-5C中间合金由α（Al）和 Al 4 C 3两相组成,Al 4 C 3颗粒的尺寸分布由烧结时间控制。Al-5C中间合金能显著地细化AZ31镁合金晶粒尺寸,当Al-5C中间合金添加量低于2%时,随着Al-5C中间合金添加量的增加,AZ31镁合金晶粒尺寸减小。晶粒细化机理是由于 Al4C3与 Mn 反应生成的Al-C-Mn 颗粒能作为初生α-Mg晶粒的异质形核基底,从而细化晶粒。     

Al-5Ti-1B对AZ31合金组织与性能的影响

研究了Al-5Ti-1B中间合金不同添加量对AZ31镁合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,在AZ31镁合金中添加Al-5Ti-1B中间合金有利于组织性能的改善。在试验中,添加量控制在0.5%为佳,此时,合金晶粒尺寸达到最小,约为170μm,是AZ31镁合金未添加细化剂时晶粒尺寸的30%,抗拉强度及伸长率分别达到最大。AZ31镁合金组织性能的变化主要与Al-5Ti-1B中间合金中的游离Ti和TiB2有关。     

Al-3Ti-3B中间合金对AZ31镁合金晶粒细化的影响

利用OM、XRD、SEM和EPMA等手段研究了Al-3Ti-3B细化剂对AZ31镁合金微观组织的影响。结果表明,添加适量的Al-3Ti-3B细化剂能使铸态AZ31镁合金粗大的树枝晶转变为均匀的等轴晶;加入量为0.4%时取得了较好的细化效果,固溶处理后的AZ31镁合金平均晶粒尺寸由300μm减小到50μm。TiB2和AlB2粒子的异质形核作用是促使晶粒细化的主要机制,且TiB2粒子在晶界上的偏聚可进一步阻碍晶粒长大。     

TiC/Al和SiC/Al中间合金对Mg-Al系合金晶粒的细化

研制出两种新型的Mg-Al系合金晶粒细化剂——Al-4％TiC和Al-10％SiC中间合金。结果表明：这两种中间合金对Mg-Al系合金均有良好的晶粒细化作用。向AZ63合金中加入1％的TiC／Al中间合金可使其晶粒由原来的约2mm减小至250μm左右；向AZ31合金中加入0．5％的SiC／Al中间合金可使其晶粒由原来的约600μm减小至200μm左右。分析认为，表面覆有Al4C3过渡层的TiC和SiC颗粒可以作为α-Mg的结晶核心，同时SiC颗粒本身也可以作为α-Mg的异质结晶核心。大量异质结晶核心的存在是导致α-Mg晶粒细化的主要原因。     

Al_2Ca金属间化合物对AZ31镁合金晶粒细化的影响（英文）

采用真空熔炼方法制备Al_2Ca金属间化合物并将其添加到AZ31镁合金中,研究其添加量对铸态AZ31镁合金晶粒细化的影响,同时讨论其晶粒细化机理。结果表明:添加1.1%Al_2Ca(质量分数)可使得铸态AZ31镁合金晶粒尺寸从354μm细化到198μm,且经Al_2Ca细化后,合金晶粒的热稳定性良好。晶粒细化的机理是溶质效应和Al_2Ca的异质形核协同作用。     

Mg-TiB_2中间合金和Ce对AZ91D镁合金显微组织的细化

采用SEM、EDS和XRD等测试手段,研究了Mg-50%TiB2中间合金和稀土元素Ce对AZ91D镁合金显微组织的细化效果。结果表明,加入1.4%的中间合金可以显著细化AZ91D镁合金的枝晶组织和晶粒,α-Mg的平均晶粒尺寸由240μm下降至50μm。在此基础上,复合添加0.2%Ce后,枝晶组织和晶粒进一步细化,同时,β相由粗大骨骼状转变为岛状和细小的粒状,且产生新相Al4Ce。通过能谱分析及面错配度计算证实,TiB2可作为初生α-Mg的良好异质核心。加入稀土元素Ce引起合金成分过冷度增加,从而激活固液界面前沿潜在的TiB2核心,提高TiB2的形核率。     

Ce和Mg-Al4C3中间合金细化AZ31B镁合金的组织

采用SEM、EDS和XRD等测试手段,研究稀土元素Ce和Mg-50Al4C3中间合金对AZ31B镁合金显微组织的细化效果.结果表明,加入0.5%的Al4C3可显著细化AZ31B镁合金的枝晶组织和晶粒尺寸;添加0.5%的Al4C3和0.3%的Ce使合金的枝晶组织和晶粒尺寸进一步细化,α-Mg的平均晶粒尺寸由基体合金的280 μm降至约50 μm,同时,β相由连续网状转变为不连续的网状和细小的粒状,且产生新相Al4Ce.通过能谱分析及面错配度计算证实,Al4C3可作为初生α-Mg晶粒的良好异质核心.加入稀土元素Ce引起合金成分过冷的增加,从而能够激活固/液界面前沿潜在的Al4C3形核,提高Al4C3的形核率.     

微量B对AZ91镁合金显微组织与力学性能的影响

以AZ91-0.5Sr镁合金为研究对象,利用XRD、SEM以及拉伸性能测试研究了微量B对AZ91-0.5Sr镁合金显微组织和力学性能的影响.结果表明,添加Al-3B中间合金后,AZ91-0.5Sr合金的晶粒有所细化.AZ91-0.5Sr合金是由α-Mg固溶体和离异共晶形成的β-Mg17Al12相组成.添加B后,合金中出现新相Al4Sr.加入w(B)=0.03%后,合金的平均晶粒尺寸由原来的约125 μm降低到约80 μm.AZ91-0.5Sr合金的抗拉强度和伸长率分别是137 N/mm2和1.9%.加入w(B)=0.09%以后,合金的抗拉强度达到151 N/mm2,提高了10.2%,力学性能有所改善.     

Mn-30Al中间合金对镁合金的晶粒细化

采用真空淬火炉制备出含ε-AlMn相的Mn-30Al中间合金和含γ_2-Al_8Mn_5相的Mn-30Al中间合金,观察了两种中间合金的组织,并探讨ε-AlMn相、γ_2-Al_8Mn_5相、Mn和Al对镁合金的晶粒细化效果.试验表明,相比添加Mn、Al,含γ_2-Al_8Mn_5相的Mn-30Al中间合金对AZ31镁合金存在一定的细化效果,含ε-AlMn相的Mn-30Al中间合金对AZ31镁合金具有更好的细化效果.当含ε-AlMn相的Mn-30Al中间合金添加量为0.4%时,AZ31镁合金的晶粒尺寸由原来的898μm减小至320 μm,Mg-Zn合金晶粒尺寸由原来的320 μm减小至180μm.通过面错配度计算,ε-AlMn可以成为初生α-Mg晶粒的良好异质形核核心.     

石灰石矿石对铸态AZ31镁合金晶粒细化效果的影响（英文）

采用晶粒细化试验和显微组织观察研究石灰石矿石对铸态AZ31镁合金的晶粒细化效果。结果表明:石灰石矿石可显著细化AZ31镁合金晶粒,且细化效果与石灰石添加量和熔化温度密切相关。最佳石灰石添加量和熔化温度分别为2.0%(质量分数)和720°C,AZ31合金的平均晶粒尺寸由(556±60)μm减小至(236±22)μm,抗衰退时间长达40 min。石灰石细化机制与反应孕育Al-C及Al-C/Al-Mn-(Fe)为α-Mg有效形核核心有关。超声空化诱导形核可进一步强化石灰石矿石的细化效果。     

Mg-TiB2中间合金和Ca对AZ91D镁合金组织和性能的影响

采用SEM、EDS和XRD等测试手段,研究Mg-50%TiB2(质量分数)中间合金和碱土金属元素Ca对AZ91D镁合金组织和性能的影响。结果表明:0.7%TiB2和0.1%Ca可以显著细化AZ91D镁合金的枝晶组织和晶粒,α-Mg的平均晶粒尺寸由240μm下降至46μm。通过能谱分析及面错配度的计算证实:TiB2颗粒可作为初生α-Mg的良好异质形核核心。碱土金属元素Ca在晶界处富集,阻碍了α-Mg晶粒生长,对晶粒细化起到了一定的作用。显微组织的细化使合金的强韧性明显提高,并对耐腐蚀性能有较大改善。     

MgCO_3对AZ81镁合金晶粒的细化行为及影响机制

添加不同量的MgCO_3对AZ81镁合金进行晶粒细化实验,结果表明:MgCO_3对AZ81镁合金细化效果明显,当加入量w(MgCO_3)=1. 2%时,合金晶粒最小;随后继续增加MgCO_3加入量,晶粒又开始变粗大。经X射线衍射发现MgCO_3加入后,合金中出现新的Al4C3相;经计算,Al4C3与α-Mg晶格常数相近,晶粒错配度小,Al4C3成为α-Mg基底的异质形核质点从而细化晶粒。     

Al-Ti、Al-Ti-C中间合金对AZ91D镁合金组织和性能的影响

研究了Al-5Ti、Al-5Ti-0．25C和Al-8Ti-2C中间合金对AZ91D镁合金的组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明,添加Al-5Ti中间合金使晶粒粗化,而添加Al-5Ti-0．25C和Al-8Ti-2C中间合金使晶粒细化,Al-8Ti-2C中间舍金的细化效果明显且细化后组织细小均匀;添加Al-5Ti中间合金使合金的力学性能降低,而添加Al-5Ti-0．25C和Al-8Ti-2C中间合金均使合金的拉伸强度和伸长率得到了提高;添加Al-5Ti、Al-5Ti-0．25C和Al-8Ti-2C中间合金均使合金的耐腐蚀性能得到了改善。对于AZ91D合金而言,Al-8Ti-2C中间合金是一种良好的晶粒细化剂。     

Al-TiC中间合金的制备及对AZ91合金铸态组织的细化效果

采用铸造接触反应法制备Al-TiC间合金，EPMA和XRD分析显示，反应温度和保温时间是TiC颗粒原位合成的重要工艺参数，基于热力学计算和动力学分析探讨了原位TiC颗粒的形成机制。在AZ91镁合金熔体中加入0．3％的Al-10％TiC间合金可明显细化晶粒尺寸，由基体合金的107μm降至57μm，降低幅度约为47％。晶粒细化机制可归结为TiC颗粒作为初生α-Mg的异质晶核。     

新型Al-Ca-C中间合金对AZ91合金的细化作用

以Al粉、CaC2粉为原料,采用粉末冶金及原位合成法制备了一种新型Al-Ca-C中间合金用于AZ91合金的晶粒细化,Al-Ca-C中间合金中含有Al4C3、CaAl2、CaAl4相.试验表明,该中间合金对AZ91镁合金有良好的晶粒细化作用.当加入1.0％的Al-Ca-C中间合金时,AZ91合金的晶粒尺寸由原来的120～150 μm减小到40～50 μm.分析认为镁合金的细化机理为,Al4C3充当了α-Mg的异质形核核心,熔体中Ca与C原子则由于成分过冷进一步促进了晶粒细化.     

稀土钕对AZ31B镁合金铸态组织和性能的影响

通过金相分析、扫描电镜分析及化学成分分析等测试手段,对添加不同含量稀土Nd的AZ31B镁合金的显微组织和力学性能进行了研究.结果表明,稀土Nd的添加,形成了高熔点、高热稳定性的Al4Nd和Mg12Nd稀土相,细化了晶粒;减少了β-Mg17Al12相的数量,改变了β-Mg17Al12相的形态;微量稀土Nd的加入可以提高AZ31B镁合金的强度和塑性,改善合金的力学性能,使其强度达到210MPa,相对于AZ31B镁合金提高了42MPa.