GW103K稀土鎂合金熔體復(fù)合處理行為研究.pdf

1、稀土能顯著提高傳統(tǒng)鎂合金的強(qiáng)度、耐熱性能以及抗腐蝕性能，這使得稀土鎂合金在軍工以及航空航天領(lǐng)域受到越來(lái)越多的關(guān)注。然而由于鎂及稀土元素均具有很活潑的化學(xué)性質(zhì)，此類(lèi)合金在熔煉過(guò)程中極易氧化并引入大量夾雜。該類(lèi)含稀土鎂合金的熔體處理已經(jīng)成為制約其推廣應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸之一，原因在于現(xiàn)有的熔劑凈化工藝為了達(dá)到理想的除雜效果，熔劑的加入量一般為熔體質(zhì)量的2％～3%，環(huán)境污染嚴(yán)重，同時(shí)增加了引入熔劑夾雜的機(jī)會(huì)，并會(huì)導(dǎo)致昂貴稀土元素的損耗。近年來(lái)，旋轉(zhuǎn)

2、噴吹氣體凈化作為一種非熔劑凈化工藝因具有除氣能力，同時(shí)還有一定綠色除雜能力而倍受關(guān)注，但目前尚未有在稀土鎂合金凈化中的應(yīng)用報(bào)道。因此開(kāi)展適合稀土鎂合金的高效復(fù)合凈化工藝研究，對(duì)于提高稀土鎂合金的性能，提高傳統(tǒng)熔劑凈化效率，降低成本，節(jié)約資源，改善熔煉環(huán)境等都具有重大意義。
　　本文基于前人研究結(jié)果提出稀土鎂合金熔體復(fù)合處理技術(shù)原型，研制出適合稀土鎂合金熔體復(fù)合處理的專(zhuān)用裝置。采用 Mg–10Gd–3Y–0.5Zr合金為研究對(duì)象，優(yōu)

3、化了旋轉(zhuǎn)噴吹氣體熔體處理的工藝參數(shù)，然后基于最佳旋轉(zhuǎn)噴吹工藝，討論熔劑凈化結(jié)合旋轉(zhuǎn)噴吹氣體的復(fù)合凈化工藝對(duì) Mg–10Gd–3Y–0.5Zr合金熔體凈化效率、力學(xué)性能和斷裂行為的影響，初步探索了復(fù)合處理與Zr元素收得率的關(guān)系，通過(guò)動(dòng)力學(xué)模型闡明了熔體復(fù)合處理高效除雜機(jī)理。
　　優(yōu)化出最優(yōu)旋轉(zhuǎn)噴吹工藝組合為：吹氣流量2L/min；吹氣時(shí)長(zhǎng)10min；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為150r/min。在此工藝參數(shù)組合下，GW103K合金中的非金屬夾雜物體積

4、分?jǐn)?shù)從未凈化時(shí)的0.47%減少到0.32%，室溫下，合金抗拉強(qiáng)度和延伸率從244.9MPa,0.7%分別提升至296.6 MP a，1.4%。其對(duì)熔體的凈化作用，主要集中在熔體中小尺寸夾雜物的去除方面，小型夾雜物能夠被氣泡潤(rùn)濕并上浮至熔體表面形成分散的浮渣。旋轉(zhuǎn)噴吹氣體處理中，增大吹氣流量會(huì)導(dǎo)致劇烈的熔體翻滾，帶來(lái)氧化加劇以及重新卷入夾雜；一定時(shí)長(zhǎng)的吹氣過(guò)程，可以持續(xù)不斷地產(chǎn)生細(xì)小彌散的氣泡，維持與夾雜物的相互作用，但是過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的吹氣處

5、理會(huì)降低合金的力學(xué)性能；高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下，熔體中的夾雜物顆粒和氬氣泡在強(qiáng)烈剪切力作用下更加細(xì)小，提高了夾雜物被氣泡潤(rùn)濕的機(jī)會(huì)，相應(yīng)地，產(chǎn)生了高的非金屬夾雜物去除能力。
　　開(kāi)發(fā)出JDMJ熔劑復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹的熔體復(fù)合處理工藝。當(dāng)JDMJ添加量為1%時(shí)，Mg–10Gd–3Y–0.5Zr合金中的夾雜物體積分?jǐn)?shù)從未加工合金的0.47%減少到0.15%。相應(yīng)地，其抗拉強(qiáng)度和延伸率分別從244.9Mpa，0.7%上升到312.3Mpa，4.0%。凈

6、化效果甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的2%JDMJ熔劑凈化。一方面，節(jié)約了熔劑使用量，使熔劑的凈化效率提升1倍，并一定程度上緩和了傳統(tǒng)熔劑對(duì)貴稀土元素的損耗，另一方面降低了環(huán)境污染，符合可持續(xù)戰(zhàn)略。闡明了復(fù)合處理的高效除雜機(jī)制：一方面得益于旋轉(zhuǎn)噴吹對(duì)微小夾雜的去除能力，另一方面得益于夾雜物向熔劑運(yùn)動(dòng)過(guò)程中克服流體阻滯時(shí)高的遷移速度。
　　復(fù)合處理對(duì)Mg–10Gd–3Y–0.5Zr合金組織及相組成沒(méi)有影響；相對(duì)于原始合金，復(fù)合處理后合金室溫?cái)嗔涯Ｊ綇?/p>