第9期 李坊平等：铸造1060/AZ31包铝镁合金界面结构与显微组织 ·1049· 合金的加工成型性能，为此许多研究者进行了大量 的尝试.Liu等o应用真空扩散连接工艺制备了 Mg/Al层状复合板材，研究了界面附近的相组成， Zhao等m研究了Zm中间层对扩散连接AZ31B/ 50 A6061复合板的剪切强度及界面相组成的影响；刘 300mm 华赛等☒应用累积叠轧工艺制备了A1/AZB1多层 图1铝盒结构图 复合材料.但是，这些Mg/Al层状复合材料主要是 Fig.I Structure of the aluminum box 依靠轧制、爆炸复合和扩散连接等工艺制备的，尚存 在界面结合强度低、成材率低和工艺参数控制困难 等问题. 应用铸造复合法制备锭坯，然后再进行热轧制 备层状复合板材，复合板结合强度大，成材率高，因 此受到广泛的关注，而采用铸造复合法制备Al/Mg 复合板带的研究却还少见报道.为此，本工作进行 了以1060纯铝板为包覆金属，以AZ31镁合金为基 体合金，用熔铸法制备1060A!包覆AZ31镁合金复 合锭坯的实验研究，为后续热轧加工提供质量良好 图2模具结构图 的复合铸锭.本文主要报道1060包覆AZ31合金复 Fig.2 Structure of the mould 合锭坯的铸造方法及1060/AZ31复合界面的结合 采用井式电阻加热炉，不锈钢坩埚熔炼AZ31 结构与显微组织，并对界面的形成过程和结合机理 镁合金.将计量好的AZ31合金加热至720℃熔化 进行了分析与探讨 后搅拌5~8min,静置保温30min后出炉并除渣. 1 实验材料及方法 待温度冷却至680℃时，将熔融的镁合金液浇注到 铝盒中.整个熔炼和浇注过程中用C02+0.2%SF6 实验用的芯材合金为商用AZ31镁合金锭，其 混合气体进行保护 化学成分如表1所示.包覆层金属采用厚度为1.6 用线切割法从浇注的复合铸锭中高线位置截取 mm的1060纯铝板，其化学成分如表2所示.实验 金相试样，并用4%硝酸酒精溶液浸蚀.在ZEISS 过程为将重熔的AZ31镁合金浇注到预制的铝板盒 200MAT金相显微镜下进行金相观察；用MHV20O0 中制备成1060铝包覆AZ31合金的复合锭坯 型显微硬度计进行基体和界面显微硬度HV。1的测 预制的铝板盒采用氩弧焊加工，制成尺寸为 试：用DX-2000型X射线衍射仪(CuK.)进行基体 300mm×150mm×20mm且一侧开口的铝盒（如图 和界面的物相分析；用TESCAN--VEGA型扫描电子 1所示).依次使用5%氢氧化钠溶液、5%盐酸溶液 和无水乙醇清洗铝盒型腔，以去除表面油污及氧化 显微镜和OXFORD一INCA能谱仪对界面结构和化 物.浇注前将其装卡入专用的金属模具进行200℃ 合物进行观察及分析 预热。该模具可保证预制铝盒的底面及四周侧面与 2实验结果与分析 模具紧密贴合，提高复合铸锭的冷却速度（如图2 所示). 2.1AZ31镁合金芯材的物相及显微组织 AZ31铸造合金的X射线衍射(XRD)图谱如图 表1AZ31镁合金的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of A231 magnesium alloy 3所示.图中20值为37.10°、32.88°和35.04°的衍 Al Zn Mn Si Cu Fe Ni Mg 射峰可标定为Mg相（六方晶系，空间群P63/ 3.061.180.470.016≤0.002≤0.002≤0.0001余量 mmc）,与标准卡片的各衍射峰的位置相比，AZ31铸 造合金中αMg相的各个衍射峰均向高角度方向偏 表21060铝板的化学成分（质量分数） 移约0.5°.由于镁合金结晶的体收缩率较高，熔融 Table 2 Chemical composition of 1060 aluminum plates 的镁合金液注入1060铝盒型腔中因模具的激冷作 Fe Si Cu Mn Mg Zn Ti Al 用，合金由表层向心部凝固，待合金完全凝固冷却至 0.210.090.010.010.010.020.017余量 室温过程中因MgA!界面的结合，阻碍了合金的收第 9 期 李坊平等: 铸造 1060 /AZ31 包铝镁合金界面结构与显微组织 合金的加工成型性能，为此许多研究者进行了大量 的尝试． Liu 等［8--10］应用真空扩散连接工艺制备了 Mg /Al 层状复合板材，研究了界面附近的相组成， Zhao 等［11］研究了 Zn 中间层对扩散连接 AZ31B / Al6061 复合板的剪切强度及界面相组成的影响; 刘 华赛等［12］应用累积叠轧工艺制备了 Al /AZ31 多层 复合材料． 但是，这些 Mg /Al 层状复合材料主要是 依靠轧制、爆炸复合和扩散连接等工艺制备的，尚存 在界面结合强度低、成材率低和工艺参数控制困难 等问题． 应用铸造复合法制备锭坯，然后再进行热轧制 备层状复合板材，复合板结合强度大，成材率高，因 此受到广泛的关注，而采用铸造复合法制备 Al /Mg 复合板带的研究却还少见报道． 为此，本工作进行 了以 1060 纯铝板为包覆金属，以 AZ31 镁合金为基 体合金，用熔铸法制备 1060 Al 包覆 AZ31 镁合金复 合锭坯的实验研究，为后续热轧加工提供质量良好 的复合铸锭． 本文主要报道 1060 包覆 AZ31 合金复 合锭坯的铸造方法及 1060 /AZ31 复合界面的结合 结构与显微组织，并对界面的形成过程和结合机理 进行了分析与探讨． 1 实验材料及方法 实验用的芯材合金为商用 AZ31 镁合金锭，其 化学成分如表 1 所示． 包覆层金属采用厚度为 1. 6 mm 的 1060 纯铝板，其化学成分如表 2 所示． 实验 过程为将重熔的 AZ31 镁合金浇注到预制的铝板盒 中制备成 1060 铝包覆 AZ31 合金的复合锭坯． 预制的铝板盒采用氩弧焊加工，制成尺寸为 300 mm × 150 mm × 20 mm 且一侧开口的铝盒( 如图 1 所示) ． 依次使用 5% 氢氧化钠溶液、5% 盐酸溶液 和无水乙醇清洗铝盒型腔，以去除表面油污及氧化 物． 浇注前将其装卡入专用的金属模具进行 200 ℃ 预热． 该模具可保证预制铝盒的底面及四周侧面与 模具紧密贴合，提高复合铸锭的冷却速度( 如图 2 所示) ． 表 1 AZ31 镁合金的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of AZ31 magnesium alloy % Al Zn Mn Si Cu Fe Ni Mg 3. 06 1. 18 0. 47 0. 016 ≤0. 002 ≤0. 002 ≤0. 0001 余量 表 2 1060 铝板的化学成分( 质量分数) Table 2 Chemical composition of 1060 aluminum plates % Fe Si Cu Mn Mg Zn Ti Al 0. 21 0. 09 0. 01 0. 01 0. 01 0. 02 0. 017 余量 图 1 铝盒结构图 Fig． 1 Structure of the aluminum box 图 2 模具结构图 Fig． 2 Structure of the mould 采用井式电阻加热炉，不锈钢坩埚熔炼 AZ31 镁合金． 将计量好的 AZ31 合金加热至 720 ℃ 熔化 后搅拌 5 ～ 8 min，静置保温 30 min 后出炉并除渣． 待温度冷却至 680 ℃ 时，将熔融的镁合金液浇注到 铝盒中． 整个熔炼和浇注过程中用 CO2 + 0. 2% SF6 混合气体进行保护． 用线切割法从浇注的复合铸锭中高线位置截取 金相试样，并用 4% 硝酸酒精溶液浸蚀． 在 ZEISS 200 MAT 金相显微镜下进行金相观察; 用 MHV2000 型显微硬度计进行基体和界面显微硬度 HV0. 01的测 试; 用 DX--2000 型 X 射线衍射仪( Cu Kα ) 进行基体 和界面的物相分析; 用 TESCAN--VEGA 型扫描电子 显微镜和 OXFORD--INCA 能谱仪对界面结构和化 合物进行观察及分析． 2 实验结果与分析 2. 1 AZ31 镁合金芯材的物相及显微组织 AZ31 铸造合金的 X 射线衍射( XRD) 图谱如图 3 所示． 图中 2θ 值为 37. 10°、32. 88°和 35. 04°的衍 射峰可 标 定 为 α-Mg 相 ( 六 方 晶 系，空 间 群 P63 / mmc) ，与标准卡片的各衍射峰的位置相比，AZ31 铸 造合金中 α-Mg 相的各个衍射峰均向高角度方向偏 移约 0. 5°． 由于镁合金结晶的体收缩率较高，熔融 的镁合金液注入 1060 铝盒型腔中因模具的激冷作 用，合金由表层向心部凝固，待合金完全凝固冷却至 室温过程中因 Mg /Al 界面的结合，阻碍了合金的收 ·1049·