康洪巖

（中國航發(fā)哈爾濱東安發(fā)動機有限公司 黑龍江 哈爾濱 150066）

由于AZ91鎂合金在我國社會多個生產(chǎn)領(lǐng)域有著廣泛的應用，引起了社會關(guān)于AZ91鎂合金鑄造工藝的討論熱，從而發(fā)現(xiàn)了當采用不同方法時，AZ91鎂合金的凝固組織以及力學性能存在著差異，究其原因在于鑄造冷卻速度的不同。而目前對于這一規(guī)律并未進行系統(tǒng)的總結(jié)，相關(guān)研究實證成果也較少，因此，此次研究具有重要的現(xiàn)實意義。

1 不同鑄造冷卻速度下AAZZ9911鎂合金凝固組織變化情況

本次研究以AZ91鎂合金為對象，使用坩堝電阻爐進行熔煉，為了避免出現(xiàn)氧化燃燒情況，熔煉時將覆蓋劑均勻的撒在了熔體表面。當熔體加熱溫度上升到750℃后，轉(zhuǎn)至精煉，保溫20min，并對熔體進行充分攪拌，等待溫度下降，在700℃時將擁有不同冷卻速度的鑄型澆入，得到試棒。而待溫度達到600℃時，澆注砂型、金屬型、隨爐冷卻金屬型、水冷金屬型四種鑄型，并獲得試棒。待試棒冷卻后，選擇距離其底部位置25mm處進行取樣，通過拋光等多項處理后獲得金相樣品。冷卻過程中，從四種鑄型方法來看，砂型耗時最高、水冷金屬型耗時最少，具體來講砂型的平均冷卻速度為1.2（℃·s-1）、金屬型為10.6（℃·s-1）、隨爐冷卻金屬型為6.4（℃·s-1）、水冷金屬型為16.5（℃·s-1）。

為了對四種鑄造冷卻速度下鎂合金的凝固組織變化情況進行對比，使用顯微鏡對試樣組織情況進行觀察，發(fā)現(xiàn)AZ91鎂合金的大部分微觀組織為灰白色基體α-Mg以及擁有不同形貌的第二相。其中砂型鑄造試樣的微觀組織有著晶界分明、間距寬大、尺寸較大的晶粒，伴有分散性點狀析出相；隨著冷卻速度的變化，枝狀晶的間距呈縮小狀態(tài)，晶粒的尺寸也有所變化，這是最慢的鑄造冷卻速度，也正是由于冷卻時間長，導致晶粒有了更充分的時間發(fā)展，所以導致晶粒普遍偏大，可以更充分的析出溶質(zhì)元素。而冷卻速度提升后，AZ91鎂合金凝固組織中析出了更多的A1原子，晶粒析出的溶質(zhì)元素形成了一層富集層，從而刺激α-Mg晶核的生長，導致其越來越多，生長速度也越來越快，如果為樹狀將會有二次或三次枝晶臂出現(xiàn)。[1]這種情況隨著冷卻速度的增快愈發(fā)明顯，從而使AZ91鎂合金凝固組織得到了更好的細化。

同時，觀察中對不同鑄造冷卻速度下晶粒的微觀尺寸數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)隨著冷卻速度的提升，晶粒微觀尺寸越來越小，例如砂型鎂合金的平均晶粒尺寸為166.2/μm，而水冷金屬型鎂合金的平均晶粒尺寸為42.5/μm，這種情況的出現(xiàn)主要是因為冷卻速度的提升導致晶粒形核能量以及尺寸發(fā)生了變化，晶粒也得到了細化，析出的溶質(zhì)元素不再具有充足的能力進行擴散以及晶粒細化。

2 不同鑄造冷卻速度下AAZZ9911鎂合金力學性能變化情況

此次研究選擇了四種不同鑄造方法，有4種不同冷卻速度，每種鑄造方法獲得的試樣經(jīng)過5次拉伸，統(tǒng)計了其抗拉強度、拉伸性能的力學性能參數(shù)，從而可以確定不同鑄造冷卻速度對AZ91鎂合金的力學性能有著直接的影響。抗拉強度以及伸長率與冷卻速度為正相關(guān)關(guān)系，當冷卻速度上升后，AZ91鎂合金的抗拉強度以及伸長率也處于增長狀態(tài)，如砂型鑄造方法下獲得試樣的抗拉強度為150MPa，而水冷金屬型鑄造方法下獲得試樣的抗拉強度為170MPa；砂型鑄造方法下獲得試樣的伸長率為140%，而水冷金屬型鑄造方法下獲得試樣的伸長率為160%。從而可以得出結(jié)論：冷卻速度的增加可以實現(xiàn)力學性能的雙重強化。

在上述分析中，發(fā)現(xiàn)冷卻速度的增加使晶粒尺寸逐步縮小，這樣能夠使AZ91鎂合金的凝固組織更加緊密，從而提升了AZ91鎂合金的強度以及抗變形能力；而隨著冷卻速度的提升，AZ91鎂合金的第二相也受到了強化，這就導致AZ91鎂合金的韌性以及塑性等力學參數(shù)都得到了優(yōu)化。

3 結(jié)論

綜上所述，文章對不同鑄造冷卻速度下AZ91鎂合金凝固組織以及力學性能變化情況進行了總結(jié)，可以看出，凝固組織與力學性能的變化與鑄造冷卻速度有直接關(guān)系：凝固組織中的晶粒會隨著冷卻速度的提升出現(xiàn)尺寸變小的情況；而隨著冷卻速度的提升，AZ91鎂合金的力學性能有了優(yōu)化，能夠獲得更高質(zhì)量的鎂合金。