冷卻速率對(duì)鎂鋁鋅合金組織的影響

崔 旋

（商洛學(xué)院，陜西 商洛 726000）

當(dāng)今社會(huì)，隨著我們國(guó)家的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，加快了各個(gè)領(lǐng)域的長(zhǎng)足發(fā)展，鎂鋁鋅合金的應(yīng)用也到了一個(gè)全新的階段。盡管鎂鋁鋅問世時(shí)間不長(zhǎng)，但已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，發(fā)展速度迅猛。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大型、異型件的數(shù)量增多[1]，對(duì)鎂鋁鋅合金的性能提出了新的要求。純鎂是有一種柔軟的金屬，其疲勞強(qiáng)度和消振能力叫強(qiáng)，但其力學(xué)性能低，不能直接作為材料使用，但是通過和鋁、鋅的結(jié)合就能改變其性能。傳統(tǒng)的鎂鋁鋅合金主要用作生產(chǎn)鋁合金，但隨著鎂鋁鋅合金性能的不斷改善，鎂鋁鋅合金的性能在生產(chǎn)中占有了一定的優(yōu)勢(shì)，所以對(duì)鎂鋁鋅合金的研究程度加大。鎂鋁鋅合金屬于輕質(zhì)合金，其密度較小，比強(qiáng)度高、抗疲勞習(xí)慣高。但是傳統(tǒng)的合金制造中，暴露了鎂鋁鋅合金中的缺點(diǎn)，其塑性影響了合金的發(fā)展，通過分析發(fā)現(xiàn)，鎂鋁鋅合金的塑性與冷卻速度有很大的關(guān)系[2]，如果還采用以往手法進(jìn)行生產(chǎn)，結(jié)果還不是很好，所以應(yīng)對(duì)鎂鋁鋅合金進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，已達(dá)到最優(yōu)效果。

在不改變現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的前提下，提高鎂鋁金合金的性能一直是制造企業(yè)發(fā)展的難題。國(guó)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間受傳統(tǒng)觀念的影響，在鎂鋁鋅合金上的進(jìn)展不大，然而鎂鋁鋅合金與其他有色金屬合金相比，鎂鋁鋅合金具有優(yōu)異的鑄造性能以及良好的力學(xué)性能，但是在使用過程中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在塑性差、易晶間腐蝕、尺度不穩(wěn)定等問題，所以對(duì)鋁鎂鋅組織進(jìn)行研究，分析了在不同冷卻速度下對(duì)鎂鋁金合金組織的狀態(tài)。對(duì)冷卻速率對(duì)鎂鋁金合金影響的研究，能夠挽救鑄件的缺陷，提高成品率，降低能源和材料的損失，對(duì)社會(huì)發(fā)展有重要意義?；诖?，對(duì)冷卻速度下對(duì)鎂鋁鋅合金的組織影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以下是實(shí)驗(yàn)的具體過程。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，對(duì)實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行準(zhǔn)備，用帶式鋸床切取相同比例的鎂、鋁、鋅，保證每次合金的總量相同。將合金放入鍋爐中進(jìn)行熔煉，并且采用溶劑保護(hù)，在試棒相同部位截取相同試樣，經(jīng)打磨、拋光后，等待冷卻。將事先準(zhǔn)備好的鋁、鋅，加入到坩堝，將鎂加入到鋁液中，防止其損壞，帶金屬溶化后，對(duì)坩堝進(jìn)行降溫。把精煉除氣后的合金液轉(zhuǎn)入預(yù)熱過的中間包中，測(cè)出其溫度，待金屬冷卻一段時(shí)間后，選取合適的位置進(jìn)行制樣，金屬材料在升溫或降溫過程中，導(dǎo)致金屬材料發(fā)生劇烈變化。材料準(zhǔn)備完畢后，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)設(shè)備選擇冷卻斜槽的裝置，如圖1所示。

圖1 冷卻槽

運(yùn)用冷卻槽進(jìn)行試驗(yàn)，此裝置主要包括三部分中間包、冷卻斜槽和水浴銅模。在冷卻槽內(nèi)部有循環(huán)冷卻水，在實(shí)驗(yàn)前，檢查槽內(nèi)是否干凈、干燥，循環(huán)水是否能夠正常運(yùn)行，觀察冷卻水箱中的水是否裝滿。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

冷卻速度對(duì)鎂鋁鋅組織的影響變化，詳細(xì)變化如圖2所示：

圖2 冷卻下的合金組織變化

通過圖中能夠看到，鎂鋁鋅合金的鑄態(tài)組織中白色出晶體相十分粗大，多為不規(guī)則的塊狀和樹枝狀組織，共晶組織則呈片狀，其中層片間距較大。通過橫向?qū)Ρ?，隨著冷卻速度的增加，合金中的晶粒尺寸隨之減小，合金組織得到細(xì)化。通過縱向的對(duì)比看出，在同一區(qū)域內(nèi)，隨著鋁含量的提高，組織中的相枝品增多，析體結(jié)構(gòu)得到細(xì)化。相同區(qū)域內(nèi)進(jìn)行對(duì)比看出，隨著鋁含量增加，合金的硬度增加，但是隨著冷卻速度的提高，合金則沒有呈現(xiàn)出升高的趨勢(shì)。

3 分析與討論

表1 合金組織變化

通過研究不同冷卻速率下對(duì)鎂鋁鋅組織的影響發(fā)現(xiàn)，合金中的相對(duì)數(shù)量和晶粒的大小影響著合金的力學(xué)性能，因此冷卻速度不同，合金的微觀組織、力學(xué)性能和耐磨性也不一樣。在不同冷卻速度下，合金的塑性也不同，冷卻速度增大，合金中的晶粒變得細(xì)小，塑性隨之提高。具體如表1所示。

通過表1能夠看出，隨著冷卻速度的增加，合金的強(qiáng)度和延伸率都提高，合金的性能達(dá)到最高值，但是其塑性會(huì)隨之下降。

從拉伸結(jié)果看，隨著冷卻速度的增加，合金的抗拉強(qiáng)度有所提高。從對(duì)比結(jié)果看，冷卻速度對(duì)鎂合金組織具有強(qiáng)化作用，不同冷卻速度下，合金組織的纖維組織的細(xì)化程度和分布也大不相同。

3 結(jié)語

綜上所述，鎂鋁鋅合金材料能為我國(guó)的生產(chǎn)提供貢獻(xiàn)力量，鎂鋁鋅合金材料應(yīng)用非常廣泛，在很多行業(yè)都能夠應(yīng)用的到。為了更好的使用合金，所以對(duì)合金組織進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，通過分析不同冷卻速度下合金的組織影響發(fā)現(xiàn)，冷卻速度對(duì)合金組織的影響頗大，不同的冷卻速度對(duì)鎂鋁鋅合金具有強(qiáng)化作用，冷卻強(qiáng)度較大時(shí)，鎂鋁鋅合金的強(qiáng)度、硬度都顯著增加。在實(shí)際加工生產(chǎn)過程中，要注意對(duì)合金組織的冷卻速度的調(diào)節(jié)，讓鎂鋁鋅組織發(fā)揮最大化的性能，將效益最大化。通過不斷的實(shí)踐，強(qiáng)化生產(chǎn)能力，不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)，帶動(dòng)企業(yè)的增長(zhǎng)和社會(huì)的進(jìn)步，希望通過本文實(shí)驗(yàn)，能夠?yàn)殒V鋁鋅合金的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。