progresso da pesquisa e perspectivas de refinamento de grãos em ligas terrestres de magnésio-raras fundidas

1.ground e significado

as ligas de terras raras de magnésio fundidas têm as características de baixa densidade, alta resistência específica e rigidez específica e boa resistência à fluência. eles são frequentemente usados ​​para formar componentes aeroespaciais importantes, como carcaças de motores e cabines de transportadoras, o que pode reduzir o peso da aeronave, melhorar a carga e a manobrabilidade e ter amplas perspectivas de aplicação nos campos de aeroespacial, defesa e militar. no entanto, em comparação com as ligas deformadas, a estrutura das ligas de terras raras de magnésio fundido é relativamente grosseira, resultando em resistência e resistência insuficientes e fáceis de produzir defeitos de fundição, como rachaduras e retração a quente, o que restringe seriamente o desenvolvimento e a aplicação de ligas terrestres de magnésio de alto desempenho. o tratamento de refinamento de grãos pode melhorar o desempenho do processo de fundição e as propriedades mecânicas das ligas de terras raras de magnésio ao mesmo tempo e é um elo -chave para determinar a qualidade da preparação e o desempenho das ligas de terras raras de magnésio fundido. no entanto, o elenco de ligas de terras raras de magnésio envolve muitos vínculos de processo, e diferentes links de processo têm uma influência importante no refinamento de grãos.

recentemente, o professor wu, o pesquisador assistente tong e o professor associado wang, da universidade de xangai jiao tong, levou todo o processo de elenco da liga de terras raras de magnésio como a linha principal e resumiu sistematicamente os efeitos da liga, o refinamento de derretimento e o tratamento de purificação, e o campo de energia externa e os diferentes processos de fundição no refinamento de grãos de um magnata. eles discutiram os métodos de controle do tamanho do grão da liga de terras raras de magnésio de diferentes ângulos e se concentraram no mais recente progresso no mecanismo de refinamento de diferentes refinarias, na interação entre purificação e refinamento por fusão e o tratamento composto do campo de energia externo e dos refinadores. eles apontaram os problemas atuais e esperavam ansiosamente a tendência de desenvolvimento do tratamento de refinamento de grãos da liga de terras raras de magnésio, fornecendo novas idéias para o tratamento eficiente de refinamento da liga de magnésio no futuro.

figura 1: efeitos de diferentes processos no refinamento de grãos durante o lançamento de liga de terras raras de magnésio

2. tour grphic

primeiro, são revisados ​​os efeitos de elementos de soluto de terras raras e partículas de nucleação heterogênea no refinamento de grãos de ligas de terras raras de magnésio fundido. os elementos comuns de liga de terras raras nas ligas de magnésio incluem gd, y, nd, la, ce, sm, yb, etc, que segregarão na frente da interface sólida-líquido para formar uma composição super-resfriada, promover a formação de novos núcleos e inibir o crescimento contínuo dos núcleos originais. no entanto, é difícil obter refinamento eficiente de grãos de ligas de magnésio, super -resfriando a composição dos elementos de terras raras. portanto, as ligas de terras raras de magnésio são frequentemente tratadas com zr para refinamento de grãos e são frequentemente adicionadas na forma de ligas mestras de mg-zr. estudos descobriram que a forma de existência de zr nas ligas mg-zr master é a chave para seu efeito de refinamento de grãos. as ligas mestras mg-zr com partículas zr finas e uniformes têm maior eficiência de refinamento de grãos. como mostrado na tabela 1, os pré-tratamentos, como extrusão, rolamento, processamento de atrito e extrusão de canal igual, podem otimizar a forma de existência de zr em ligas de mestre mg-zr, quebrar a aglomeração de partículas de zr e refinar o tamanho das partículas zr. a pesquisa mais recente também mostra que as partículas de zr em escala nano podem ser preparadas em ligas mestras mg-zr através do pré-tratamento de remancadeira de pulso de alta frequência, que promove a dissolução de zr e aumenta o número de núcleos de zr eficazes em figura de figura de figura 2. usando a figura de figura 2. gere partículas zr de 0,5 ~ 3μm com um bom efeito de refinamento de grãos. no entanto, algumas inclusões de sal derretido são difíceis de se separar efetivamente do fundido, reduzindo a pureza do fundido.

tabela 1: métodos de modificação de pré-tratamento comumente usados ​​para ligas mestre mg-zr

fig.

além de zr, al2re (incluindo al2gd, al2y, al2sm, etc.) também é frequentemente usado como partículas de nucleação heterogênea em ligas de terras raras de magnésio. as partículas de al2re são formadas principalmente pela reação in situ dos elementos de al e de terra rara, que é diferente do método de liga zr. devido ao seu alto ponto de fusão, o al-re tem um efeito de fixação no limite de grãos e a estabilidade da microestrutura da liga mg-re-al é maior que a da liga mg-re-zr. no entanto, a formação de al2re consumirá uma certa quantidade de elementos de terras raras; portanto, a adição excessiva de al levará a uma diminuição na força de escoamento da liga e a uma resposta de endurecimento do envelhecimento enfraquecida, que foi verificada em ligas como mg-gd-y e mg-sm. além disso, o al2re é formado durante a solidificação da liga, e seu tamanho e características de distribuição são determinados pela taxa de concentração al/re e taxa de resfriamento. sob condições do processo de fundição com uma taxa de resfriamento lento (como fundição de areia), o efeito de refino de grãos do al2re será reduzido. em resumo, para obter o melhor efeito de refino de grãos, a composição química e as condições reais de solidificação da liga de terras raras de magnésio devem ser consideradas ao mesmo tempo.

em segundo lugar, os métodos de refinamento físico das ligas de magnésio-rare são revisados, incluindo pulso, campo magnético de pulso e tratamento ultrassônico. esses campos físicos externos podem induzir uma forte convecção no fundido, e o efeito de cavitação produzido quebrará o braço do dendrito e aumentará a taxa de nucleação; os campos de energia externa também são propícios para satisfazer o trabalho de nucleação necessário para a nucleação e aumentar o número de embriões no fundido. em particular, quando um campo físico externo é combinado com o tratamento de acabamento de zr ou al2re, podem ser alcançados efeitos de refinamento de grãos ainda melhores. por exemplo, após o tratamento ultrassônico é aplicado na liga mg-5sm-al, o efeito de cavitação e o efeito de fluxo acústico do campo ultrassônico refinam efetivamente as partículas de al2sm geradas no local e melhoram sua homogeneidade de distribuição. a potência da nucleação heterogênea das partículas de al2sm é aprimorada e o efeito de refinamento de grãos é mais notável. o estudo também descobriu que a faixa de temperatura do campo físico também tem uma influência importante no efeito de refinamento de grãos. por exemplo, b.nagasivamuni et al. descobriu que quando o tratamento ultrassônico é aplicado acima da temperatura do fio da liga mg-zr, a precipitação de partículas de zr pode ser efetivamente adsorvida e a dissolução de zr no líquido de magnésio pode ser acelerada; se o tratamento ultrassônico continuar a agir na solução da liga, a precipitação e a adsorção de partículas de zr serão reduzidas ainda mais. assim, espera-se que o uso de zr/al2re e o tratamento composto de campo físico obtenha refinamento de grãos de ligas de terras raras de magnésio, que serão uma das direções importantes para o desenvolvimento de ligas de terras raras fundidas por magnésio de alto desempenho.

após o refino, as ligas de terras raras de magnésio geralmente precisam ser purificadas. como o refino e a purificação envolvem processos complexos de reação metalúrgica de alta temperatura, há uma certa interação entre os dois, e o resultado da interação afetará diretamente a qualidade da preparação final do fundido. a interação entre o refinamento e a purificação da liga de terras de magnésio é refletida principalmente em três aspectos, incluindo: (1) certas inclusões ou elementos de impureza podem trazer um certo efeito de refinamento; (2) certos meios de refinamento podem trazer um certo efeito de purificação; (3) certos meios de refinamento e meios de purificação interagem entre si. por exemplo, as inclusões comuns de óxido de mgo e elementos de impureza fe nos derretimentos da liga de magnésio têm um certo efeito no refinamento de grãos das ligas de magnésio principalmente porque as partículas de mgo e algumas fases contendo fe podem servir como locais de nucleação heterogênea para α-mg; e os elementos de refinamento ou partículas como zr e re no fundido reagirão com elementos de impureza como fe e ni no fundido e se combinam para formar compostos insolúveis, melhorando assim a pureza do fundido. a interação entre o meio de refino e o meio de purificação é manifestada principalmente em dois pontos: primeiro, durante o processo em pé após os componentes de refino de alta densidade (como partículas de zr, elementos) se agregarão com as inclusões do agente refino e se estabelecerão ao mesmo tempo. à medida que o tempo de pé aumenta, o efeito de purificação por fusão é melhorado, mas o efeito de refinamento começa a diminuir; segundo, durante o processo de refino, o fluxo adsorverá ou reagirá com os elementos er e zr, causando a perda de elementos re e zr e reduzindo o efeito de refinamento de grãos, como mostra a figura 3. portanto, existe uma interação muito complexa entre o tratamento de refinamento e purificação das fundições de ligas de magnésio raras. compreender e fazer bom uso da interação acima ajudará a melhorar a qualidade da preparação da liga de terras raras de magnésio existente.

fig.3: estrutura e comportamento de sedimentação dos aglomerados formados pelo meio de refino e meio de purificação em liga de terras raras de magnésio derreta

finalmente, vários métodos de fundição de ligas de terras raras de magnésio são revisadas, incluindo fundição de alta pressão, fundição de aperto, fundição semi-contínua, fundição de gêmeos, formação semi-sólida, etc., e os efeitos de diferentes métodos de fundição no refinamento de grãos das ligas de terra raras de magnésio são discutidas. a essência de diferentes métodos de fundição são diferentes condições de solidificação, incluindo diferentes campos de temperatura, campos de soluto, campos de fluxo, etc. esses fatores têm uma influência importante no comportamento de solidificação das ligas de terras raras de magnésio, resultando em diferentes efeitos de refinamento de grãos. por exemplo, a espessura da parede das peças fundidas é pequena e a taxa de resfriamento é extremamente rápida. o tamanho dos grãos das ligas de terras raras de magnésio do molde é geralmente as menores, apenas 3 ~ 10μm, mas devido ao efeito de pré-cristalização no barril, ligas de terras raras de magnésio do barril geralmente apresentam uma estrutura de grão bimodal; no processo de fundição do aperto, o derretimento flui em um fluxo laminar estável, e a qualidade interna da fundição é boa. portanto, as ligas de magnésio fundadoras de aperto podem ser tratadas pelo térmico para dar um jogo completo às vantagens do forte endurecimento das ligas de terras raras de magnésio; o tamanho do lingot de fundição semi-contínuo é grande e a taxa de resfriamento da superfície e o núcleo da liga de terras raras de magnésio lingot é bastante diferente, resultando em distribuição desigual de tamanho de grão. a fundição com assistência eletromagnética no cristalizador pode efetivamente melhorar a uniformidade da microestrutura de ligas de terras raras de magnésio semi-contínuas fundidas; a fundição de twin-roll fornece um método de formação de folhas de liga de terras raras de magnésio de pequeno processo. sob o acoplamento da força rápida de resfriamento e deformação, o tamanho dos grãos das ligas de terras raras de magnésio é pequeno; o semi-sólido formou a liga de terras de magnésio contém grãos primários e grãos primários secundários, de modo que a liga de terra rara de magnésio semi-sólida também apresenta uma estrutura típica de grãos bimodais. pode -se observar que as condições do processo de composição e de fundição têm uma influência importante no tamanho dos grãos das ligas de terras raras de magnésio.

3. conclusão e outlook

o refinamento de grãos é a chave para determinar a qualidade e o desempenho das ligas de terras raras de magnésio fundido. a liga de zr através de ligas mestras de mg-zr ainda é um dos métodos de tratamento de refinamento de grãos mais simples e eficazes no processo de produção real de ligas de terras raras de magnésio, mas a temperatura da liga zr é alta, o rendimento de zr é baixo e o efeito de refinamento precisa ser melhorado. gaochuang rare earth diretamente liga mg e zr para desenvolver um novo tipo de liga mestre mg-zr. comparado com as ligas mestre tradicionais de mg-zr, o conteúdo de zr é distribuído uniformemente e o tamanho do grão é pequeno, o que melhora bastante o rendimento de zr e fornece uma boa solução para o refinamento de grãos de ligas de magnésio de terras raras.