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镁合金被喻为21世纪的绿色工程材料,得到广泛的关注,但我国高附加值的镁合金加工材料产量,尤其是质量与发达国家相比,差距很大,其主要原因是铸锭的质量低。众所周知,晶粒细化是提高镁合金性能的有效途径,加碳变质法因方法简单、细化效果显著和经济,已成为镁合金组织细化的主要方法。本课题是国家“973”计划项目-高质量镁合金加工制备基础研究中的课题-镁合金液态成型基础研究(2007CB613702)中的一部分,系统研究了含C盐类对在各种工艺条件下的AZ31镁合金铸态组织的细化效果,重点研究了Al-A14C3细化剂的制备、细化工艺、细化机理及施加超声场和电磁场连铸时Al-Al4C3对AZ系镁合金的凝固组织及性能的影响,为镁合金高效细化剂的工业生产提供技术和理论基础。本文首先研究了MgCO3、CaCO3、SrCO3、C2Cl6等多种含碳细化剂对AZ31镁合金的铸态组织影响,实验结果表明：这些细化剂均能明显细化镁合金的凝固组织。孕育处理对合金组织的细化效果由孕育条件中的各因素(添加量、孕育时间、孕育温度、添加顺序)综合制约决定。在680℃添加质量分数为0.6%的MgCO3细化剂保温40min时细化效果与合金力学性能最高,平均晶粒尺寸可达148μm,抗拉强度为210MPa,延伸率为5.9%,与未施加细化剂相比,抗拉强度提高了57.9%,延伸率约提高了11.2%,同时首次开发出少量多次添加MgCO3工艺方法,其细化效果明显优于同等添加量单次添加的细化效果；在680℃添加质量分数为0.5%的C2C16细化剂保温60mmin时细化效果与合金力学性能突出,平均晶粒尺寸可达190μm,抗拉强度为190MPa,延伸率为11.1%,与未施加细化剂相比,抗拉强度提高了42.9%,延伸率提高了109.4%。在760℃添加质量分数为0.5%的CaCO3细化剂保温10min时,平均晶粒尺寸可达148μm,抗拉强度提高到138MPa,延伸率提高到11.1%；在760℃添加质量分数为0.6%的SrCO3细化剂保温10min时,平均晶粒尺寸可达110μm,抗拉强度提高到189MPa,延伸率提高到5.5%。本文开发出Al-Al4C3细化剂制备新方法。将Al、C、MgCO3粉末球磨3h烘干,将低过热的纯Al浇到包有铝箔的预制粉上,在中频感应炉中加热到950℃保温5min,浇入铸模,制备出Al4C3含量高、细小、弥散的Al-Al4C3细化剂,该细化剂也可以挤压成丝使用。该制备方法显著提高了碳的收得率,降低了反应温度,同时制备方法简单,可以用于工业规模生产。实验表明：Al-Al4C3细化剂中C含量越高,细化效果越好。随着Al4C3颗粒的增多,其均匀弥散的分布于AZ31镁合金熔体中,增加了熔体中的异质核心数目,凝固时形成了细小均匀的晶粒,使组织显著细化。Al-Al4C3细化剂以中间合金方式加入AZ31镁合金中,其晶粒尺寸是未加细化剂的15%,平均晶粒尺寸仅为86μm左右。Al-Al4C3晶粒细化剂中的高熔点A14C3质点,在镁合金熔体中一部分作为异质形核的核心,显著增加了异质形核的核心数量,另一部分被推至晶界,钉扎晶界,阻碍了晶粒的长大,促进了组织细化。向纯Mg熔体中加入质量分数为1.0%的Al-Al4C3细化剂就可以有效细化组织,平均尺寸由毫米级降至106μm,其中Al4C3质点的活化率为1.09%；功率超声也可以细化纯Mg组织,随施振功率的增加,超声产生的热效应增强,晶粒有粗化趋势。纯Mg凝固时施加超声同时添加Al-Al4C3细化剂,可以显著细化纯Mg组织,平均晶粒尺寸可达77μm。超声对Al4C3质点具有“活化”作用,大量Al4C3质点被活化,形成结晶形核核心,大幅提高形核率。施加超声场时A14C3质点的活化率为ρ2=2.11%,比未施加超声提高了一倍。在AZ31镁合金半连续铸造过程中加入Al-Al4C3细化剂可有效细化a-Mg晶粒,铸锭中心晶粒平均尺寸由毫米级降至430μm,其活化率ρ3=0.51%。低频电磁时铸锭中心晶粒平均尺寸由毫米级降至570μm。低频电磁连铸时添加Al-Al4C3细化剂,组织细化更加显著。在680℃添加百分含量为0.8%的Al-Al4C3晶粒细化剂保温60min时细化效果最好,平均晶粒尺寸可达180μm,低频电磁场对A14C3质点也有具有“活化”作用,活化率为ρ4=1.65%。