D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2006.02.031 第28卷第2期 北京科技大学学报 Vol.28N0.2 2006年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feh.2006 Zr在Mg-9Gd-4Y合金中的晶粒细化机制 彭卓凯张新明陈健美蒋浩肖阳 中南大学材料科学与工程学院，长沙410083 摘要研究了不同Zx含量对Mg-9Gd-4Y合金晶粒大小的影响及Z:的晶粒细化机制，结果表 明，Z:可以明显细化合金的晶粒，且随Zx含量增加，晶粒变得更细小.微观组织分析表明，在Zr含 量较高的合金中，几乎每个晶粒内都含有至少一个富乙r的核；而在Z含量较低的合金中没有发现 这种核.在高Zr含量和低Zr含量的合金中，晶粒细化的机制不同：在低Zx含量合金中，Zr以抑制 晶粒长大为主；在高Zr含量合金中，Z以促进异质形核为主. 关键词Mg-Gd-Y合金；Zr;晶粒细化；细化机理 分类号TG146.2 多数镁合金具有密排六方结构，对称性低，因 进行.合金元素Gd,Y,Zr分别以Mg-Gd,Mg-Y, 而其塑性变形能力差，加工成形困难，很难加工成 Mg-Zr中间合金的形式加入.对于不含Zr的Mg 板、带、棒、型材.加工成形难的问题是限制镁合 9Gd-4Y合金，熔体在780℃保温20min后浇注. 金应用发展的一个重要原因，镁合金晶粒越细 对于含Zr合金，待主要合金元素在780℃完全熔 小，其塑性加工性能和力学性能相对越好，晶粒 化后再加入Mg-30%Zr中间合金小块，在同样温 细化是提高镁合金铸件性能的重要途径.此外， 度保温l0min后搅拌30s,静置5min后浇注.为 镁合金经过晶粒细化后，铸件中的金属间化合物 了保证每个样品具有同样的冷却速率，所有合金 相更加细小且分布更均匀，从而可以缩短均匀化 的浇注温度(780℃)和浇注模都相同.为了避免 处理时间). 冷却速率的影响以真实评价Zr的细化能力，实验 在不含A的镁合金中，Zr是一种有效的晶 采用具有较大内径(60mm)的薄壁（壁厚仅1 粒细化剂[2].与其他晶粒细化方法如过热法、氯 mm)圆柱体不锈钢模（高80mm).这个浇注模可 化铁法、加碳变质法相比，Z:的晶粒细化效果更 以保证较慢的冷却速率且可以尽量减少模壁的急 明显更有效[3]，Mg-Gd-Y系合金是一种新型的 冷作用 很有前途的耐热镁合金[46]，目前对其研究较少 用于宏观及微观结构观察、晶粒尺寸测量的 本文的目的在于研究不同Zr含量对Mg-9Gd- 所有样品都在距模底25mm的铸锭横截面上取 4Y合金晶粒大小的影响及Z的晶粒细化机制. 样.在光学金相显微镜和扫描电镜下进行微观组 1 实验过程 织观察的样品采用1%硝酸酒精溶液腐蚀.配有 EDS分析仪的KYKY2800扫描电镜用来观察合 四种不同Zr含量的合金Mg-9%Gd-4%Y, 金的微观组织和分析各种相的成分，合金的微观 Mg-9%Gd-4%Y-0.5%Zr,Mg-9%Gd-4%Y- 组织和晶粒尺寸的测量在POLYvar-met光学金 1%Zr,Mg-9%Gd-4%Y-1.5%Zr(名义成分，质 相显微下进行.晶粒尺寸的测量采用平均截线 量分数)分别在涂有氨化硼(BN)的低碳钢坩锅中 法，以平均晶粒直径表示.合金的化学成分在 熔炼.熔炼过程在S℉6和CO2的混合保护气氛中 JY38S型电感耦合等离子体原子发射光谱仪上 收精日期：2005-01-12修回日期：2005-09-20 测试 基金项目：国防预研基金项目(No.51412020304QT7106):国家 “863"计划项目(No.03AA741043):湖南省自然科学基金项目 2实验结果与分析 (No.03JjY4051) 作者简介：彭卓凯(1979一)，男，硕士：张新明(1946一)，男，教 2.1合金成分 授，博士 本实验中四种合金的名义成分及实际测得的 成分见表1.其中特别值得注意的是Zr含量.当第 2 8 卷 第 2 期 2 0 0 6 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r . ia o f U n i v e r s i ty fO cS le cne an d T ce h n o l啊戮 B e Ui n g V o l . 2 8 N o 。 2 F e b . 2 0 0 6 z r 在 M g 一 g G d 一 4 Y 合金中的晶粒细化机制 彭卓凯 张 新 明 陈健 美 蒋 浩 宵 阳 中南大学材料科学与工程学院 , 长沙 4 1 00 83 摘 要 研究了不 同 rZ 含量对 M g 一g dG 一 4 Y 合金 晶粒大小的影响及 rZ 的晶粒细化机制 . 结果表 明 , Z r 可以 明显细化合金的晶粒 , 且随 Z r 含量增加 , 晶粒变 得更 细小 . 微观组织分析表明 , 在 z r 含 量较高的合金 中 , 几乎每个晶粒 内都含有至少一个富 rZ 的核 ; 而在 z r 含量较低 的合金 中没有发现 这种核 . 在高 z r 含量和低 z r 含量的合金中 , 晶粒 细化 的机制不同 : 在低 z : 含量合金 中 , z r 以抑制 晶粒长大为主 ; 在高 Z r 含量合金中 , Z r 以 促进异质形核为主 . 关扭词 M g 一 dG 一 Y 合金 ; zr ; 晶粒细化 ; 细化机理 分类号 T G 1 46 . 2 多数镁合金 具有密排六方 结构 , 对称性低 , 因 而其塑性变形 能力差 , 加工成 形困难 , 很 难加工 成 板 、 带 、 棒 、 型 材 . 加 工成 形 难的 间题是 限制镁 合 金应 用 发 展 的一 个 重 要 原 因 . 镁合金 晶粒越 细 小 , 其 塑性 加工性 能和 力 学性 能相对越好 . 晶 粒 细化是提高镁合金 铸件性能 的重 要 途径 . 此外 , 镁合 金经过 晶粒 细 化后 , 铸 件中的金 属 间化 合物 相更 加细小且分 布更均 匀 , 从 而可 以缩短 均匀 化 处理 时 间川 . 在不含 iA 的 镁合金 中 , Z r 是 一 种有 效 的晶 粒细 化剂〔2〕 . 与其他 晶粒 细化方法 如 过热法 、 氯 化铁 法 、 加碳 变质法 相 比 , Z r 的晶粒细 化效果 更 明显更有效3j[ . Mg 一 G d 一 Y 系合金是一 种新型 的 很有前途的耐 热镁合金〔4胡 , 目前对其研 究较 少 . 本文 的 目的在 于 研 究 不 同 z : 含 量对 M g 一 g G d - 4 Y 合金 晶粒大小的影 响及 Z r 的晶粒细化机制 . 1 实验过程 四种 不同 rZ 含量 的合金 M g 一 9 % G d 一 4 % Y, M g一 9 % G d一 4% Y一 0 . 5% rZ , M g 一 9 % G d 一 4 % Y 一 1 % rZ , M g 一 9 % G d 一 4 % Y 一 1 . 5 % Z r (名义成分 , 质 量分数 )分别在涂 有氮化硼 ( B N )的低 碳钢柑锅中 熔炼 . 熔炼过程 在 S F 6 和 C q 的混合保护气氛 中 收稿 日期 : 2 0 0 5一l 一 12 修回 B 期 : 2 0 0 5一9 一 20 羞金项 目 : 国 防预研 基金 项 目( N o . 5 1 4 1 20 2 0 3 0 4 Q劝 1 0 6 ) ; 国家 “ 86 3 ” 计 划 项 目 ( N o . 03 A A 7 4 10 4 3 ) ; 湖 南 省 自然 科学 基 金项 目 ( N o . O3 JJY 4 0 5 1 ) 作者简介 : 彭卓 凯 ( 1 979 一 ) , 男 , 硕士 ; 张新 明 ( 1 9 46 一 ) , 男 , 教 授 , 博士 进行 . 合金 元素 dG , Y , zr 分别以 蝇 一 G d , M g 一 Y , M g 一z r 中间合金的形式加入 . 对 于不含 rZ 的蝇 - g G d 一4 Y 合金 , 熔体在 7 80 ℃ 保温 20 m in 后浇注 . 对于含 Z r 合金 , 待主要合金元 素在 7 80 ℃ 完全熔 化后再加入 M g 一 30 % z r 中间合金 小块 , 在 同样温 度保温 10 m in 后 搅拌 30 5 , 静置 5 m in 后 浇注 . 为 了保证每个 样 品具 有同样 的冷 却速 率 , 所 有合金 的浇注 温度 ( 7 8 0 ℃ ) 和 浇注 模都相 同 . 为 了避 免 冷 却速率的影响 以真实评价 Z r 的 细化能 力 , 实验 采用具 有较大 内 径 ( 中60 m m ) 的薄壁 (壁 厚 仅 1 m m )圆柱体不锈 钢模 (高 80 m m ) . 这 个浇注模可 以保证较慢的冷 却速率且可以 尽量减少模壁 的急 冷作用 . 用于宏 观及微 观 结构 观 察 、 晶粒尺 寸测 量 的 所有 样 品都在 距 模底 25 m m 的铸 锭 横截面 上 取 样 . 在光学 金相显 微镜和 扫描 电镜下进 行微 观组 织观 察的样 品采用 1 % 硝 酸酒精溶液腐蚀 . 配 有 E D S 分析仪 的 K Y K 2Y 8 0 0 扫 描 电镜用 来观 察合 金的微观组织 和分析各种相 的成 分 . 合金 的微观 组织和 晶粒尺寸的 测量 在 P O L Y va r 一 m et 光 学金 相显 微 下 进 行 . 晶粒 尺 寸的测 量采 用 平均 截线 法 , 以平 均 晶粒 直径 表示 . 合金 的化 学 成 分在 J 3Y 8 S 型 电感 荆合等离子 体原子 发射 光 谱仪 上 测试 . 2 实验结果与分析 2 . 1 合金成分 本实验 中四种合金 的名义成分及 实际 测得 的 成分见表 1 . 其 中特别值得 注意 的 是 Z r 含量 . 当 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2006. 02. 034