forschungsfortschritt und aussichten auf getreideverfeinerung bei magnesium-rare-erdlegierungen mit gussberechtigt

1.background und bedeutung

gossenmagnnesium seltene erdenlegierungen haben die eigenschaften einer geringen dichte, einer hohen spezifischen festigkeit und der spezifischen steifheit sowie einer guten kriechwiderstand. sie werden häufig verwendet, um wichtige luft- und raumfahrtkomponenten wie motorhüllen und trägerkabinen zu bilden, die das gewicht des flugzeugs reduzieren, die last und manövrierfähigkeit verbessern und in den bereichen luft- und raumfahrt, verteidigung und militär umfassende anwendungsaussichten haben. im vergleich zu deformierten legierungen ist die struktur der gussmagnesium-seltenerdlegierungen jedoch relativ grob, was zu unzureichender festigkeit und zähigkeit führt, und leicht zu produzieren gussfehler wie heißes knacken und schrumpfungen, die die entwicklung und anwendung von hochleistungsguss-magnesium-seltenen-erdlegierungen ernsthaft einschränken. die behandlung mit getreideverfeinerungen kann die leistung des gussprozesses und die mechanischen eigenschaften von magnesium -seltenerdlegierungen gleichzeitig verbessern und ist ein wesentlicher zusammenhang bei der bestimmung der vorbereitungsqualität und der serviceleistung von gussmagnesium -seltenerdlegierungen. das gießen von magnesium -seltenerdlegierungen beinhaltet jedoch viele prozessverbindungen, und unterschiedliche prozessverbindungen haben einen wichtigen einfluss auf die verfeinerung der getreide.

kürzlich nahmen professor wu, stellvertretender forscher tong und associate professor wang von der universität shanghai jiao tong den gesamten gussprozess von magnesium seltener erde legierung und fasste systematisch die auswirkungen von legierung, schmelzfeindung und reinigungsbehandlung, externer energiefeld und unterschiedlichem gussprozess auf die kornverfeinerung des magnessium -erdens -alloy -alloudie zusammen (zeigte sich in abbildung 1. sie diskutierten die kontrollmethoden der korngröße der magnesium -seltenerdlegierung aus verschiedenen winkeln und konzentrierten sich auf die neuesten fortschritte im verfeinerungsmechanismus verschiedener raffinerien, der wechselwirkung zwischen schmelzreinigung und verfeinerung sowie der zusammengesetzten behandlung von externen energiefeld und raffinerien. sie wiesen auf die aktuellen probleme hin und freuten sich auf den entwicklungstrend zur behandlung von getreideverfeinerungen von magnesium seltenerdlegierung, die neue ideen für die effiziente verfeinerungsbehandlung von magnesiumlegierung in zukunft lieferten.

abbildung 1: auswirkungen verschiedener prozesse auf die getreideverfeinerung während der magnesium -seltenerdlegungsgieße

2. graphische tour

zunächst werden die auswirkungen von seltenerd erd gelösten elementen und heterogenen keimbildungspartikeln auf die kornverfeinerung von gussmagnesium -seltenerdlegierungen überprüft. zu den häufigen seltenen-erden-legierungselementen in magnesiumlegierungen gehören gd, y, nd, la, ce, sm, yb usw., die sich vor der grenzfläche zwischen feststoff und flüssigkeit zu einer überkühlten zusammensetzung von der bildung neuer kerne trennen und das anhaltende wachstum des ursprünglichen kerns fördern. es ist jedoch schwierig, eine effiziente kornverfeinerung von magnesiumlegierungen zu erreichen, indem die zusammensetzung von seltenerdelementen allein überträgt. daher werden magnesium-seltenerdlegierungen häufig mit zr zur kornverfeinerung behandelt und werden häufig in form von mg-zr-master-legierungen hinzugefügt. studien haben herausgefunden, dass die existenzform von zr in mg-zr-master-legierungen der schlüssel zu ihrem getreideverfeinerungseffekt ist. mg-zr-master-legierungen mit feinen und gleichmäßigen zr-partikeln haben eine höhere kornverfeinerungseffizienz. wie in tabelle 1 gezeigt, können vorbehandlungen wie extrusion, rollen, reibungsverarbeitung und gleichberechtigte kanal-extrusion die existenzform von zr in mg-zr-master-legierungen optimieren, die zr-partikelagglomeration aufbrechen und die zr-partikelgröße refinieren. die neuesten untersuchungen zeigen auch, dass zr-partikel im nanokalus in mg-zr-master-legierungen durch hochfrequenzimpuls-remeling-vorbehandlung hergestellt werden können, was die auflösung von zr fördert und die anzahl der wirksamen zr-kerne in der schmelze erhöht und das master-master-master-zr-schmelz mit zr-schullenverzerrung in abbildung 2-master-master-verfeinerung verbessert. erzeugen sie 0,5 ~ 3 & mgr; m zr -partikel mit einem guten getreideverfeinerungseffekt. einige geschmolzene salzeinschlüsse sind jedoch schwer von der schmelze effektiv zu trennen, was die reinheit der schmelze verringert.

tabelle 1: häufig verwendete vorbehandlungsmodifikationsmethoden für mg-zr-master-legierungen

abb.2: mikrostruktur- und verfeinerungseffekt der mg-zr-masterlegierung nach hochfrequenzpuls-remelting-vorbehandlung

zusätzlich zu zr wird al2re (einschließlich al2gd, al2y, al2sm usw.) häufig auch als heterogene keimbildungspartikel in magnesium -seltenerdlegierungen verwendet. al2re-partikel werden hauptsächlich durch die in-situ-reaktion von al- und seltenerdelementen gebildet, die sich von der zr-legierungsmethode unterscheiden. aufgrund seines hohen schmelzpunkts hat al-re einen pinning-effekt auf die korngrenze und die mikrostrukturstabilität der mg-re-al-legierung höher als die von mg-re-zr-legierung. die bildung von al2re wird jedoch eine bestimmte menge von seltenerdelementen konsumieren, sodass eine übermäßige zugabe von al zu einer abnahme der ertragsfestigkeit der legierung und einer geschwächten alternungsreaktion führt, die in legierungen wie mg-gd-y und mg-sm überprüft wurde. darüber hinaus wird al2re während der verfestigung der legierung gebildet und seine größe und verteilungsmerkmale werden durch das al/re -konzentrationsverhältnis und die kühlrate bestimmt. unter gussprozessbedingungen mit einer langsamen kühlrate (z. b. sandguss) wird der getreide -raffinierungseffekt von al2re verringert. zusammenfassend lässt sich sagen, dass die chemische zusammensetzung und die tatsächlichen verfestigung der verstimmung der magnesium -seltenerdlegierung gleichzeitig die chemische zusammensetzung und die tatsächlichen verfestigungsbedingungen der magnesium -seltenen erd sind.

zweitens werden die physikalischen verfeinerungsmethoden von magnesiumarmen-erdlegierungen überprüft, einschließlich impuls, pulsmagnetfeld und ultraschallbehandlung. diese äußeren physikalischen felder können eine starke konvektion in der schmelze induzieren, und der erzeugte kavitationseffekt wird den dendritarm brechen und die keimbildungsrate erhöhen. die externen energiefelder sind auch dazu beigetragen, die für die keimbildung erforderliche keimbildung zu erfüllen und die anzahl der embryonen in der schmelze zu erhöhen. insbesondere, wenn ein externes physikalisches feld mit der zr- oder al2re -finanzbehandlung kombiniert wird, können noch bessere getreideverfeinerungseffekte erzielt werden. nach der ultraschallbehandlung in der mg-5sm-al-legierung wird beispielsweise der kavitationseffekt und der akustische streaming-effekt des ultraschallfeldes effektiv die in-situ erzeugte al2sm-partikel verfeinert und ihre verteilungshomogenität verbessern. die heterogene keimbildungskraft der al2sm -partikel wird verstärkt und der kornverfeinerungs -effekt ist bemerkenswerter. die studie ergab auch, dass der temperaturbereich des physikalischen feldes auch einen wichtigen einfluss auf seinen getreideverfeinerungseffekt hat. zum beispiel haben b.nagasivamuni et al. fanden heraus, dass bei der ultraschallbehandlung über der drahttemperatur der mg-zr-legierung die ausfällung von zr-partikeln effektiv adsorbiert werden kann und die auflösung von zr in magnesiumflüssigkeit beschleunigt werden kann; wenn die ultraschallbehandlung weiterhin auf die legierungslösung wirkt, werden die niederschläge und die adsorption von zr -partikeln weiter reduziert. daher wird erwartet, dass die verwendung von zr/al2re- und physical field composite-behandlung die kornverfeinerung von magnesium-seltenerdlegierungen erreicht, was eine der wichtigsten richtungen für die entwicklung von hochleistungsguss-magnesium-seltenen-erden-legierungen sein wird.

nach der verfeinerung müssen magnesium -seltenerdlegierungen oft gereinigt werden. da sowohl die verfeinerung als auch die reinigung komplexe metallurgische reaktionsprozesse mit hoher temperatur beinhalten, gibt es eine gewisse wechselwirkung zwischen den beiden, und das ergebnis der wechselwirkung beeinflusst direkt die endgültige vorbereitungsqualität der schmelze. die wechselwirkung zwischen der verfeinerung und reinigung von magnesium -seltenerdlegierung und reinigung spiegelt sich hauptsächlich in drei aspekten wider, einschließlich: (1) bestimmte einschlüsse oder verunreinigungselemente können einen bestimmten verfeinerungseffekt erzielen; (2) bestimmte verfeinerungsmedien können einen bestimmten reinigungseffekt erzielen; (3) bestimmte verfeinerungsmedien und reinigungsmedien interagieren miteinander. beispielsweise haben die gemeinsamen oxid-einschlüsse mgo und unreinheitselemente fe in magnesiumlegierungschmelzen einen gewissen einfluss auf die kornverfeinerung von magnesiumlegierungen, hauptsächlich weil mgo-partikel und einige fe-haltige phasen als heterogene keimbildungsstellen für α-mg dienen können. und die verfeinerungselemente oder partikel wie zr und re in der schmelze reagieren mit unreinheiten wie fe und ni in der schmelze und kombinieren zu unlöslichen verbindungen, wodurch die reinheit der schmelze verbessert wird. die wechselwirkung zwischen dem verfeinerungsmedium und dem reinigungsmedium zeigt sich hauptsächlich in zwei punkten: erstens während des stehprozesses nach der verfeinerung von schmelzen werden die komponenten mit hoher dichte (z. b. zr-partikel, re-elemente) mit dem verfeinerungsmittel inklusionen agglomerieren und gleichzeitig absetzen. mit zunehmender stehzeit wird der schmelzreinigungseffekt verbessert, aber der verfeinerungseffekt beginnt abzunehmen. zweitens adsorbiert oder reagiert der fluss während des verfeinerungsprozesses mit re- und zr -elementen, was den verlust von re- und zr -elementen verursacht und die kornverfeinerungseffekte reduziert, wie in abbildung 3 gezeigt. daher gibt es eine sehr komplexe wechselwirkung zwischen der verfeinerung und der reinigungsbehandlung von magnesium seltenen erdlegierungsschmelzen. das verständnis und eine gute nutzung der obigen wechselwirkung hilft, die vorbereitungsqualität der vorhandenen schmelze von magnesium -seltenerde zu verbessern.

abb.3: struktur- und sedimentationsverhalten von agglomeraten, die durch verfeinerung von medium und reinigungsmedium in der magnesium -seltenerdlegungsschmelze gebildet werden

schließlich werden verschiedene gussmethoden von magnesium-seltenerdlegierungen überprüft, darunter hochdruckguss, squeeze-guss, halbkontinuierliches gießen, twin-rollguss, halbfeste formung usw. und die auswirkungen verschiedener gussmethoden auf die getreideverfeinerung von magnesium-seltenen-erdlegierungen werden diskutiert. die essenz verschiedener gussmethoden sind unterschiedliche verstimmungserkrankungen, einschließlich unterschiedlicher temperaturfelder, gelöste felder, flussfelder usw. diese faktoren haben einen wichtigen einfluss auf das verfestigung des verfestigung von magnesium -seltenerdlegierungen, was zu unterschiedlichen kornverfeinerungseffekten führt. zum beispiel ist die wandstärke der würfelguss klein und die kühlrate extrem schnell. die korngröße von stempel-magnesium-seltenerdlegierungen ist im allgemeinen die kleinste, nur 3 ~ 10 & mgr; m, aber aufgrund des vorkristallisationseffekts im lauf im lauf haben die seltenen-erde-legierungen von stempel-kaste normalerweise eine bimodale kornstruktur; beim squeeze -gussprozess fließt die schmelze in einem stabilen laminaren strömung und die innere qualität des gießens ist gut. daher können squeeze-casting-magnesium-legierungen hitzebehandelt werden, um den vorteilen einer starken alternden härtung von magnesium-seltenerdlegierungen volles spiel zu verleihen. die semi-kontinuierliche gießengröße ist groß, und die kühlrate der oberfläche und des kerns der magnesium-seltenerdlegierung ist sehr unterschiedlich, was zu einer ungleichmäßigen korngrößenverteilung führt. das elektromagnetisch assistierte gießen am kristallisator kann die gleichmäßigkeit der mikrostruktur von halbkontinuierlich gegossenen magnesium-seltenerdlegierungen effektiv verbessern. das twin-roll-gießen bietet eine magnesium-bildungsmethode für die magnnesium-legierung. unter der kopplung der schnellen kühl- und deformationskraft ist die korngröße von magnesium -seltenerdlegierungen klein; die semi-solide gebildete magnesium-seltenerdlegierung enthält primärkörner und sekundäre primärkörner, sodass die semi-solide magnesium-seltenerdlegierung auch eine typische bimodale kornstruktur darstellt. es ist ersichtlich, dass sowohl die zusammensetzung als auch die gussprozessbedingungen einen wichtigen einfluss auf die korngröße von magnesium -seltenerdlegierungen haben.

3.conclusion und outlook

die verfeinerung der getreide ist der schlüssel zur bestimmung der qualität und leistung von gussmagnesium -seltenerdlegierungen. die zr-legierung durch mg-zr-master-legierungen ist immer noch eine der einfachsten und effektivsten methoden zur verfeinerung der kornverfeinerung im tatsächlichen produktionsprozess von magnesium-seltenerdlegierungen, aber die zr-legierungstemperatur ist hoch, die zr-ausbeute ist gering und der verfeinerungswirkung muss weiter verbessert werden. gaochuang seltener erde legal mg und zr direkt, um eine neue art von mg-zr-masterlegierung zu entwickeln. im vergleich zu herkömmlichen mg-zr-master-legierungen ist der zr-gehalt gleichmäßig verteilt und die korngröße gering ist, was den zr-ertrag erheblich verbessert und eine gute lösung für die kornverfeinerung von magnesiumlegierungen für seltene erden bietet.