壓鑄鎂合金表面局部重熔過程氣孔問題研究.pdf

1、為了認(rèn)識(shí)壓鑄鎂合金熔化焊接和鎂合金壓鑄件表面缺陷焊修過程氣孔的形成機(jī)制及其控制和消除措施，本文選取工業(yè)應(yīng)用最普遍的壓鑄AZ91D鎂合金為研究對(duì)象，采用熱特性具有顯著差異的激光束（LBW)和鎢極氬弧（TIG）作為加熱熱源，對(duì)壓鑄AZ91D鎂合金進(jìn)行表面局部重熔實(shí)驗(yàn)。通過物理實(shí)驗(yàn)和相關(guān)理論推導(dǎo)，研究壓鑄AZ91D鎂合金表面局部重熔過程的氣孔問題。
　　采用光學(xué)顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、觀察了AZ91D鎂合金母材和重熔區(qū)

2、斷口形貌以及氣孔分布特征，采用粒徑分析軟件Nano measurer1.2定量檢測(cè)了重熔區(qū)出現(xiàn)的不同類型的氣孔尺寸。根據(jù)氣孔形貌、尺寸、內(nèi)壁特征的不同，對(duì)氣孔進(jìn)行了分類，闡述了各類氣孔的氣體來源，解釋了各類氣孔的形成機(jī)制，理論推導(dǎo)了重熔區(qū)氣孔同母材預(yù)存氣縮孔在體積和內(nèi)部氣壓之間的關(guān)聯(lián)，并建立了數(shù)學(xué)表征?？偨Y(jié)了影響氣孔形成和分布的主要因素，探討了氣孔的控制和消除措施。主要研究結(jié)論如下：
　?、贌嵩刺匦院蜔彷斎氪笮?yán)重影響重熔區(qū)氣孔率

3、和氣孔尺寸，鎢極氬弧重熔區(qū)氣孔率和最大氣孔尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激光重熔區(qū)的的氣孔率和最大氣孔尺寸；對(duì)于普通壓鑄鎂合金激光束局部重熔，熱輸入為60 J2mm-1時(shí)，重熔區(qū)氣孔主要為微觀氣孔。熱輸入為80、100、120、140和160 J2mm-1時(shí)，重熔區(qū)上部區(qū)域氣孔主要是微觀氣孔，下部區(qū)域氣孔主要是宏觀氣孔。對(duì)于普通壓鑄 AZ91D鎂合金鎢極氬弧局部重熔，重熔區(qū)氣孔主要為宏觀氣孔，數(shù)量相對(duì)較少，但氣孔尺寸大，氣孔截面形狀多為近似圓形。

4、　　②重熔區(qū)微觀氣孔主要為“氫致氣孔”，氣體主要遺傳于固溶于母材的原子氫和少量存在于壓鑄缺陷的分子氫，氫氣泡的形成要經(jīng)歷形核和長(zhǎng)大2個(gè)階段，因?yàn)闆]有充足的時(shí)間長(zhǎng)大，熔池金屬就發(fā)生凝固，這造成“氫致氣孔”尺寸普遍較小，截面輪廓為規(guī)則的近圓形，內(nèi)壁光滑，無金屬液沖涮痕跡。
　　③重熔區(qū)宏觀氣孔主要遺傳于母材壓鑄過程卷入的氣體。由于鎂合金母材預(yù)存氣孔為高壓氣孔，重熔時(shí)，母材預(yù)存氣孔內(nèi)的氣體直接在熔池轉(zhuǎn)化為氣泡（省去了形核過程），并發(fā)生膨

5、脹，同時(shí)，溶解于液態(tài)鎂合金的氫通過擴(kuò)散進(jìn)入氣泡，并出現(xiàn)多個(gè)氣泡合并的現(xiàn)象，其共同作用促進(jìn)氣泡的長(zhǎng)大。宏觀氣孔數(shù)量少，尺寸大，形狀不規(guī)則，氣孔外圍存在正向其合并的小氣孔，氣孔內(nèi)壁存在氣體通道，“初級(jí)”氣體通道內(nèi)壁又存在多個(gè)內(nèi)徑較小的“次級(jí)”氣體通道，“次級(jí)”氣體通道內(nèi)壁具有明顯的金屬?zèng)_涮痕跡。
　?、芗僭O(shè)壓鑄母材預(yù)存的一個(gè)體積和壓強(qiáng)分別為P1、V1的氣孔，在沒有氣泡合并的前提下，經(jīng)激光重熔后得到的氣孔體積和壓強(qiáng)分別為P2、V2，則P

6、1、V1、P2、V2滿足下列關(guān)系：P V12?V P，其中，P1近似等于壓鑄壓力，P2近似等于環(huán)境大氣12壓、作用于熔池表面的保護(hù)氣體分壓之和。
　?、葜厝矍埃瑢?duì)待重熔區(qū)域母材進(jìn)行攪拌摩擦改性有利于改善材料的微結(jié)構(gòu)形貌（晶粒狀態(tài)）和壓鑄缺陷分布狀態(tài)，并能夠彌合和消除部分鑄造缺陷，進(jìn)而有利于減小重熔區(qū)的氣孔數(shù)量和最大氣孔尺寸，但不能從根本上消除氣孔問題。重熔后，對(duì)重熔區(qū)金屬進(jìn)行攪拌摩擦改性，能夠較好的消除重熔區(qū)的氣孔。但是，由于重熔

7、區(qū)金屬凸起嚴(yán)重，并且重熔區(qū)金屬表面存在氧化膜、夾雜等缺陷，這嚴(yán)重影響后續(xù)攪拌摩擦改性質(zhì)量，若攪拌摩擦參數(shù)選擇不當(dāng)，改性區(qū)域極易出現(xiàn)溝槽、未熔合等缺陷。
　?、薏捎煤瑲饬康偷臒釘D壓AZ61鎂合金焊絲和富Nd混合稀土的AZ61鎂合金焊絲作為填充材料，對(duì)熔池中的氣體進(jìn)行“稀釋”，能夠較明顯地降低焊接接頭的氣孔率，減小熔合區(qū)粗大氣孔的尺寸和數(shù)量，并改變氣孔的分布特征（氣孔主要在熔合線附近區(qū)域形成），但不能從根本上解決焊縫氣孔問題。