陈洲(文献综述)

攀枝花学院PanzhihuaUniversity本科毕业设计（论文）文献综述院（系）：材料学院专业：材料成型及控制工程班级：2011级材料成型及控制工程一班学生姓名：陈洲学号:2011111020072014年2月26日本科生毕业设计（论文）文献综述评价表毕业设计（论文）题目富镧稀土对AZ91D镁合金铸造组织和性能的影响综述名称细化剂对铸造AZ91D镁合金的影响的研究进展评阅教师姓名孙青竹职称副教授评价项目优良合格不合格综述结构01文献综述结构完整、符合格式规范综述内容02能准确如实地阐述参考文献作者的论点和实验结果03文字通顺、精练、可读性和实用性强04反映题目所在知识领域内的新动态、新趋势、新水平、新原理、新技术等参考文献05中、英文参考文献的类型和数量符合规定要求，格式符合规范06围绕所选毕业设计（论文）题目搜集文献成绩综合评语：评阅教师（签字）：年月日文献综述：细化剂对铸造AZ91D镁合金影响的研究进展0前言镁合金是目前应用的最轻的结构材料之一，其密度低、比强度和比刚度高。还具有优良的电磁屏蔽性、高阻尼、可回收等优点，广泛应用于汽车工业、电子通讯和航空航天工业。但镁合金的耐高温和耐腐蚀性能较差，在实际应用中受到很大的限制。合金化法是提高镁合金高温性能较常采用的方法之一，而稀土元素具有许多独特的性质．添加少量的稀土元素也就可以极大地影响金属材料中基体金属结构组织、性能和界面状况以及降低杂质含量等，当温度、压力变化时，多数稀土金属发生晶型转变，由于稀土元素原子半径较大，可以填补金属及其合金晶粒新相的表面缺陷．生成可能阻碍晶粒生长的膜，从而使晶粒细化，可以有效地提高镁合金的铸造性能、高温性能和耐蚀性。为了降低成本。稀土的添加一般是以混合稀土的形式加入。1镁合金及其发展和应用1.1镁及AZ91D镁合金镁合金具有密度小、比强度高、阻尼性能和铸造性能好等优点,被认为当前应用中最轻的金属结构材料,在汽车减重和环保中的作用日益受到人们的重视。AZ91D属于铸造镁合金类，主要依靠压力模具铸造辅以后加工的方式加工，可以用电泳等表面方式改变外观。特点是比强度高且耐腐蚀较纯镁大幅提高，主要用于电器产品的壳体、小尺寸薄型或异型支架等。A代表金属铝Al，Z代表金属锌Zn，9代表铝的含量为9%，1代表锌的含量为1%，最后的D为辨识代码。1.2镁合金的发展及应用镁合金是最轻质的商用金属工程结构材料之一，具有低密度、高比强度、高比刚度、良好的阻尼减震性能、优异的机械加工性能和良好的铸造性能,在汽车、电子和航空工业等领域得到广泛应用[1-4]。特别是利于回收利用，具有环保特性，近年来在汽车、电子通讯工业及航空航天等领域的应用得到了迅猛发展，被誉为“21世纪绿色结构材料”和“21世纪超轻金属材料”[5-7]。镁合金的特点可满足于航空航天等高科技领域对轻质材料吸噪、减震、防辐射的要求，可大大改善飞行器的气体动力学性能和明显减轻结构重量。从20世纪40年代开始，镁合金首先在航空航天部门得到了优先应用。在国外，B-36重型轰炸机每架用4086kg镁合金簿板；喷气式歼击机“洛克希德F-80”的机翼用镁板，使结构零件的数量从47758个减少到16050个；“德热来奈”飞船的起动火箭“大力神”曾使用了600kg的变形镁合金；“季斯卡维列尔”卫星中使用了675kg的变形镁合金；直径约1米的“维热尔”火箭壳体是用镁合金挤压管材制造的。我国的歼击机、轰炸机、直升机、运输机、民用机、机载雷达、地空导弹、运载火箭、人造卫星、飞船上均选用了镁合金构件：一个型号的飞机最多选用了300-400项镁合金构件；一个零件的重量最重近300kg；一个构件的最大尺寸达2m多。在军工方面需要镁合金板材以提高结构件强度,减轻装备重量,提高武器命中率。目前国内需要的板带材不得不从国外进口。近二十年来，世界汽车产量持续增长，年均增长率为2.5%。汽车工业发展程度是一个国家发达程度的重要标志之一，而金属材料是汽车工业发展的重要基础。出于节能与环保的要求，汽车设计专家们想方设法减轻汽车体重，以达到减少汽油消耗和废气排放量的双重效果。镁合金作为最轻的结构材料，能满足日益严格的节能的尾气排放的要求；可生产出重量轻、耗油少、环保型的新型汽车。镁合金在汽车上用作零部件的历史约有70年。早在1930年就用于一辆赛车上的活塞和欧宝汽车上的油泵箱，之后用量和应用部位逐渐增加。六十年代在有的车种上用量达到23千克，主要用作阀门壳、空气清洁箱、制动器、离合器、踏板架等。八十年代初，由于采用新工艺，严格限制了铁、铜、镍等杂质元素的含量，镁合金的耐蚀性得到了解决，同时，成本下降又大大促进了镁合金在汽车上的应用。从九十年代开始，欧美、日本、韩国的汽车商都逐渐开始把镁合金用于许多汽车零件上。镁合金压铸件在汽车上的应用已经显示出长期的增长态势。在过去十年里，其年增长速度超过15%。在欧洲，已经有300种不同的镁制部件用于组装汽车，每辆欧洲生产的汽车上平均使用2.5kg镁。乐观的估计认为，出于减重的需求，每辆汽车对镁的需求将提高至70—120kg。目前，汽车仪表、座位架、方向操纵系统部件、引擎盖、变速箱、进气歧管、轮毂、发动机和安全部件上都有镁合金压铸产品的应用。2细化剂对AZ91D镁合金的影响2.1细化剂在镁合金中的作用AZ91D镁合金是目前应用最广泛的镁合金，但由于β相熔点较（437℃），高温易软化，因此该合金高温强度，抗蠕变性能很低，限制了其在较高温度（120~150℃）场合的应用[8-9]。迄今为止，国内外学者已研究了合金化[10-11]、热处理[12]和快速凝固[13]等对AZ91D合金组织与力学性能的影响，发现这些方法均能一定程度地细化组织和提高力学性能。合金化法是提高镁合金高温性能较常采用的方法之一，而富镧稀土元素具有许多独特的性质．如少量的（RE）元素就可以极大地影响金属材料中基体金属结构组织、性能和界面状况以及降低杂质含量等，当温度、压力变化时，多数稀土金属发生晶型转变，由于稀土元素原子半径较大，可以填补金属及其合金晶粒新相的表面缺陷，生成可能阻碍晶粒生长的膜，从而使晶粒细化，可以有效地提高镁合金的铸造性能、高温性能和耐蚀性[14，15]为了降低成本。稀土的添加一般是以混合稀土的形式加入。2.2常用细化剂对镁合金的作用2.2.1Ca对AZ91D镁合金的影响稀土具有活泼的化学性质，在AZ91D合金中加入不同含量的Ca,合金组织中相的组成不同。当加入Ca含量小于1.0wt%时,合金组织仍由α-Mg基体和β相组成,不出现新相,Ca主要固溶于β相中;当加入Ca含量在1wt%～3wt%时,合金组织中除了存在α-Mg基体和β相外,会生成Al2Ca相,且随着Ca含量增加,β相数量减少,而Al2Ca相数量增多;当加入Ca含量大于3wt%时,合金组织中β相则完全消失,只存在Al2Ca相。且Ca在凝固过程中,在初生相形成过程中,由于溶质再配,Ca原子容易偏聚在生长界面前沿,从而阻碍枝晶的自由生长,细化合金铸态组织,然后在发生共晶反应时溶入β相,提高β相分散程度,显著改善其塑性[16]。镁合金的强化机制是由固溶强化、弥散强化和细晶强化三部分组成，其中细晶强化起主导作用。加入Ca后，合金组织有了很大细化，同时网状β相断网成小块状，而弥散程度并不是特别显著，其主要还是分布于晶界处，对晶界的强化有一定效果，但是并不可能像高度弥散微小颗粒那样有显著的强化效果。Ca合金化后细晶强化是合金的抗拉强度提高的主要原因。加入Ca后,合金组织也得到了细化，合金的抗拉强度也有提高[17]。2.2.2MgCO3对AZ91D镁合金的影响在AZ91D镁合金熔体中加入MgCO3，原位反应生成Al4C3质点，使合金组织显著得到细化，β-Mg17Al12相形貌发生转变，由大块的完全离异共晶组织和层片状的共生组织转变为部分离异共晶组织。加入1.0wt%的MgCO3，生成的原位颗粒Al4C3对合金晶粒的细化效果最好，晶粒平均尺寸和平均面积均大幅度减小，生成的原位颗粒Al4C3使镁合金在较小过冷度时就可以得到细晶组织。原位生成的Al4C3颗粒对AZ91D镁合金的硬度、抗拉强度以及延伸率都有显著提高，添加1.0wt%的MgCO3对合金的力学性能强化最为优秀。强韧化的机制有细晶强化和第二相强化两种，其中前者起主导作用。添加MgCO3后对合金组织细化很有效，使合金得到更为优秀的力学性能[18]。2.2.3Sr、B对AZ91D镁合金的影响AZ91D合金中晶粒大小约为250μm，添加0.8％Sr后，晶粒大小约为120μm，细化了60％。加入0.03B后，AZ91D-0.5Sr合金的晶粒尺寸由原来的125μm降低到添加后的80μm，细化了36％。铸态AZ91D、AZ91D-0.2Sr、AZ91D-0.5Sr合金均由α-Mg和β-Mg17Al12相组成。当Sr的添加量达到0.8％，合金中出现新相Al4Sr。在AZ91D-0.5Sr合金的基础上添加B后，合金中同样出现新相Al4Sr。由于Sr与Al的结合，导致Al4Sr周围Al含量相对减少，晶界上共晶β-Mg17Al12相数量减少，从而由连续与半连续网状结构逐渐变为断续、弥散分布的带状结构。AZ91D合金的抗拉强度和伸长率分别为129MPa和1.1％。添加0.8％Sr以后，抗拉强度达160MPa，较AZ91D合金提高了23.6％；伸长率为1.3％，提高了12％。在AZ91D-0.5Sr合金的基础上添加0.09％B，合金的抗拉强度和伸长率分别为151MPa和1.6％，抗拉强度较AZ91D-0.5Sr合金提高了10.2％。铸态下AZ91D合金的断裂方式是典型的脆性断裂。合金经Sr、B变质处理后，断口呈现一定的韧窝和撕裂棱，合金的韧性变好。Sr的加入，对合金的固相线影响不大，但能明显降低合金的液相线。液相线从AZ91D合金的596℃下降到添加0.5％Sr后的566℃，结晶温度间隔减小了32℃。添加量分别为0.2％、0.5％时，Sr对AZ91D合金凝固过程的影响主要表现为降低了合金的液相线并且在合金凝固前期，富集在固／液界面前沿，从而抑制晶粒的快速长大。当合金中Sr的加入量达到0.8％时，富集在固／液生长界面的Sr与Al结合生成高熔点的Al4Sr相，Al4Sr相分布在α-Mg相前沿，形成溶质过冷层，从而降低了α-Mg晶粒的生长速率，细化了组织。Sr、B元素的加入能改善合金的流动性，提高其铸造性能。AZ91D合金流动性浇注试样的长度为330mm，加入0.5％Sr后，流动性浇注试样的长度为380mm，提高了21％。AZ91D-0.5Sr-0.09B合金的流动性试样长度为580mm，比AZ91D合金提高了76％。说明加入Sr、B都提高了合金的流动性，能够改善其充型能力。加入Sr和B后，合金的自腐蚀电位得到一定程度的提高。AZ91D-0.5Sr-0.09B合金的自腐蚀电位约为-1.55V，比AZ91D合金的自腐蚀电位提高了约0.04V，腐蚀稳定性得到改善。高周疲劳试验中，合金的疲劳源起源于合金熔炼过程中产生的铸造缺陷。添加0.5％Sr后试样断口上可以看到规则的海滩波纹状辉纹。AZ91D合金的疲劳断裂区显示准解理特征。添加Sr后在合金试样断口的疲劳断裂区，韧窝特征明显，撕裂棱也比AZ91D合金明显增多。这些韧窝和撕裂棱的存在能够减小疲劳裂纹扩展的速率，增加疲劳寿命，从而改善疲劳性能。Sr对AZ91D合金的细化机理为：由于Sr在镁合金中是表面活性元素，在凝固过程，Sr富集于固/液界面前沿，降低了合金中的结晶潜热，从而增大了实际过冷度，提高形核率，阻碍了晶粒的生长。在AZ91D合金中联合添加Sr和B的复合细化机理为：加入微量B后，B与熔体中的SrO和MgO发生反应。使原来被包裹住的Mg和Sr得以释放，从而有更多的Sr在熔体中发挥细化作用，并且与合金中的Al结合形成Al4Sr。Al4Sr的形成有利于合金组织的细化。此外，B与MgO反应，减少了熔体中氧化物的含量，净化了熔体，有利于合金综合性能的改善[19]。3结束语综上所述,稀土元素在许多方面提高和改