选区激光成型镁合金粉体制备的熔铸工艺和组织研究

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镁合金作为最轻的金属结构材料因具备一系列优点而备受关注。传统的铸造工艺不仅使镁合金晶粒粗大而且容易产生组织缺陷,影响了镁合金的性能。选区激光熔化成型(SLM)技术不仅可以加工传统工艺难以实现的复杂形状结构,同时可以制备高致密度成型件从而减少铸造缺陷。SLM技术对镁合金粉体质量要求较高。目前国内外尚无法购买多组元的混合稀土镁合金商业粉体。本课题组采用等离子旋转电极法尝试制备了Mg-3Y-3.5Sm-2Zn-0.6Zr粉体,发现铸锭质量对粉体性能有显著影响,铸锭的组织致密性直接决定着粉体能否成功制备。为了提高铸锭的致密度,本文采取不同的熔体处理工艺对Mg-3Y-3.5Sm-2Zn-0.6Zr合金开展了熔铸实验。通过金相组织(OM)观察、致密度测试、X射线衍射分析、扫描电镜等实验手段,研究了合金组织和性能的变化,并初步讨论了相关机理。主要结论如下:采用氩气保护熔炼后,铸锭晶粒变细,组织致密度提高。在750℃、氩气流量3L/min处理熔体后,合金组织中疏松减少,平均晶粒尺寸由35.3μm减小到20.3μm,孔隙率由35.5%减小到18.9%。氩气泡内外分压差促进了熔体除气,氩气泡的流动增加了溶质元素的分散度,改善了元素偏析,提高了组织致密度。实施超声处理中,随着熔炼温度降低和处理时间提高,合金的致密度先提高后降低。720℃超声处理2min后,合金致密度最高,孔隙率为12.6%。溶解气体在空化泡和熔体之间形成的压力差促进了气体原子的扩散和形核成为气体分子,超声的声流作用输送携带气体的空化泡至熔体表面并逸出,从而实现除气。经过超声-氩气复合处理后合金的致密度达到最高,组织中无明显的缩松和气孔,密度和孔隙率分别为1.9015g/cm~3和8.4%。超声、氩气单独及复合处理后第二相逐渐由连续的网状转变为细小的断续杆状或针状。三种处理工艺均不同程度地改变了Y、Zr元素偏聚现象,其中复合处理对元素的偏聚现象改善最显著,Y、Zr元素以小点状分布于晶界和晶内。经复合处理后合金的抗拉强度为270MPa,屈服强度为162MPa,延伸率为11.89%。超声-氩气复合处理是超声波空化增强氩气除气和氩气泡促进超声空化除气的相互作用。
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