progreso de investigación y perspectivas de refinamiento de grano en aleaciones de tierra de riel de magnesio fundido

1.farro y significado

las aleaciones de tierras raras de magnesio fundido tienen las características de baja densidad, alta resistencia específica y rigidez específica, y buena resistencia a la fluencia. a menudo se usan para formar componentes aeroespaciales importantes, como las carcasas del motor y las cabañas portadoras, que pueden reducir el peso de la aeronave, mejorar la carga y la maniobrabilidad, y tienen amplias perspectivas de aplicación en los campos de la aeroespacial, la defensa y el ejército. sin embargo, en comparación con las aleaciones deformadas, la estructura de las aleaciones de tierras raras de magnesio fundido es relativamente grueso, lo que resulta en resistencia y dureza insuficientes, y defectos de fundición fáciles de producir como grietas en caliente y contracción, lo que restringe seriamente el desarrollo y la aplicación de aleaciones de tierra raras de magnesio de alto rendimiento. el tratamiento de refinamiento de grano puede mejorar el rendimiento del proceso de fundición y las propiedades mecánicas de las aleaciones de tierras raras de magnesio al mismo tiempo, y es un vínculo clave para determinar la calidad de preparación y el rendimiento del servicio de las aleaciones de tierras raras de magnesio fundido. sin embargo, el lanzamiento de aleaciones de tierras raras de magnesio implica muchos enlaces de proceso, y los diferentes enlaces de procesos tienen una influencia importante en el refinamiento de grano.

recientemente, el profesor wu, el investigador asistente tong, y el profesor asociado wang de la universidad de shanghai jiao tong tomó todo el proceso de fundición de la aleación de tierras raras de magnesio como la línea principal y resumió sistemáticamente los efectos de la aleación, el refinamiento de la fusión y el tratamiento de purificación, el campo de energía externa y los diferentes procesos de fundición en el referencia de grano de la aleación rarura de magnesium (como se muestra en la figura 1). discutieron los métodos de control del tamaño de grano de la aleación de tierras raras de magnesio desde diferentes ángulos y se centraron en el último progreso en el mecanismo de refinamiento de diferentes refinadores, la interacción entre la purificación y el refinamiento de la fusión, y el tratamiento compuesto de campo de energía externo y refinadores. señalaron los problemas actuales y esperaban la tendencia de desarrollo del tratamiento de refinamiento de grano de la aleación de tierras raras de magnesio, proporcionando nuevas ideas para el tratamiento eficiente de refinamiento de la aleación de magnesio en el futuro.

figura 1: efectos de diferentes procesos sobre el refinamiento de grano durante la fundición de aleación de tierras raras de magnesio

2. tour gráfico

primero, se revisan los efectos de los elementos solutos de tierras raras y las partículas de nucleación heterogénea en el refinamiento de grano de las aleaciones de tierras raras de magnesio fundido. los elementos de aleación de tierras raras comunes en las aleaciones de magnesio incluyen gd, y, nd, la, ce, sm, yb, etc., que se seglarán en la parte delantera de la interfaz de líquido sólido para formar una composición superenfriada, promover la formación de nuevos núcleos e inhibirán el crecimiento continuo de los núcleos originales. sin embargo, es difícil lograr un refinamiento de grano eficiente de las aleaciones de magnesio superponiendo la composición de los elementos de tierras raras solo. por lo tanto, las aleaciones de tierras raras de magnesio a menudo se tratan con zr para el refinamiento de grano y a menudo se agregan en forma de aleaciones maestras mg-zr. los estudios han encontrado que la forma de existencia de zr en aleaciones maestras mg-zr es la clave para su efecto de refinamiento de grano. las aleaciones maestras mg-zr con partículas zr finas y uniformes tienen una eficiencia de refinamiento de grano más alta. como se muestra en la tabla 1, los pretratamientos, como la extrusión, el rodaje, el procesamiento de la velocidad y la extrusión de canal igual, pueden optimizar la forma de existencia de zr en aleaciones maestras mg-zr, romper la aglomeración de partículas zr y refinar el tamaño de la partícula zr. la última investigación también muestra que las partículas de zr a escala de nanoescala se pueden preparar en aleaciones maestras mg-zr a través de un pretratamiento de remelulación de pulso de alta frecuencia, que promueve la disolución de zr y aumenta el número de núcleos de zr efectivos en la fusión, y mejora la eficiencia de refinamiento de grano en el 50%, como se muestra en la figura 2. usando la figura 2. utilizando la sala de zr, en lugar de la sala de mgr en en lugar de mgr. genere 0.5 ~ 3 μm de partículas zr con un buen efecto de refinamiento de grano. sin embargo, algunas inclusiones de sal fundidas son difíciles de separar de manera efectiva de la masa fundida, reduciendo la pureza de la fusión.

tabla 1: métodos de modificación de pretratamiento comúnmente utilizados para aleaciones maestras mg-zr

fig.2: efecto de microestructura y refinamiento de la aleación maestra mg-zr después del pretratamiento de la remeliación del pulso de alta frecuencia

además de zr, al2re (incluidos al2gd, al2y, al2sm, etc.) también se usa a menudo como partículas de nucleación heterogénea en aleaciones de tierras raras de magnesio. las partículas de al2re se forman principalmente por la reacción in situ de al y elementos de tierras raras, que es diferente del método de aleación de zr. debido a su alto punto de fusión, al-re tiene un efecto de fijación en el límite de grano y la estabilidad de la microestructura de la aleación mg-re-al es mayor que la de la aleación mg-re-zr. sin embargo, la formación de al2re consumirá una cierta cantidad de elementos de tierras raras, por lo que la adición excesiva de al conducirá a una disminución en la resistencia de rendimiento de la aleación y una respuesta de endurecimiento de envejecimiento debilitado, que se ha verificado en aleaciones como mg-gd-y y mg-sm. además, el al2re se forma durante la solidificación de la aleación, y su tamaño y características de distribución están determinadas por la relación de concentración de al/re y la velocidad de enfriamiento. en condiciones de proceso de fundición con una velocidad de enfriamiento lenta (como la fundición de arena), se reducirá el efecto de refinación de grano de al2re. en resumen, para obtener el mejor efecto de refinación de grano, la composición química y las condiciones de solidificación reales de la aleación de tierras raras de magnesio deben considerarse al mismo tiempo.

en segundo lugar, se revisan los métodos de refinamiento físico de las aleaciones de tierra de raros de magnesio, que incluyen pulso, campo magnético de pulso y tratamiento ultrasónico. estos campos físicos externos pueden inducir una convección fuerte en la fusión, y el efecto de cavitación producido romperá el brazo de dendrita y aumentará la tasa de nucleación; los campos de energía externos también conducen a satisfacer el trabajo de nucleación requerido para la nucleación y aumentar el número de embriones en la masa fundida. en particular, cuando un campo físico externo se combina con el tratamiento con multas zr o al2re, se pueden lograr mejores efectos de refinamiento de grano. por ejemplo, después de que el tratamiento ultrasónico se aplica en la aleación mg-5sm-al, el efecto de cavitación y el efecto de transmisión acústica del campo ultrasónico refinan efectivamente las partículas al2sm generadas in situ y mejoran su homogeneidad de distribución. la potencia de nucleación heterogénea de las partículas al2sm aumenta, y el efecto de refinamiento de grano es más notable. el estudio también encontró que el rango de temperatura del campo físico también tiene una influencia importante en su efecto de refinamiento de grano. por ejemplo, b.nagasivamuni et al. descubrió que cuando el tratamiento ultrasónico se aplica por encima de la temperatura del cable de la aleación mg-zr, la precipitación de las partículas de zr se puede adsorbir efectivamente y la disolución de zr en el líquido de magnesio se puede acelerar; si el tratamiento ultrasónico continúa actuando sobre la solución de aleación, la precipitación y la adsorción de las partículas de zr se reducirán aún más. por lo tanto, se espera que el uso del tratamiento compuesto de zr/al2re y el campo físico logre el refinamiento de grano de las aleaciones de tierras raras de magnesio, que serán una de las direcciones importantes para el desarrollo de aleaciones de tierras raras de magnesio fundido de alto rendimiento.

después de refinar, las aleaciones de tierras raras de magnesio a menudo necesitan ser purificadas. dado que tanto la refinación como la purificación implican procesos complejos de reacción metalúrgica de alta temperatura, existe una cierta interacción entre los dos, y el resultado de la interacción afectará directamente la calidad de preparación final de la fusión. la interacción entre el refinamiento y la purificación de aleación de tierras raras de magnesio se refleja principalmente en tres aspectos, incluidos: (1) ciertas inclusiones o elementos de impureza pueden traer un cierto efecto de refinamiento; (2) ciertos medios de refinamiento pueden traer un cierto efecto de purificación; (3) ciertos medios de refinamiento y medios de purificación interactuarán entre sí. por ejemplo, las inclusiones de óxido comunes mgo y los elementos de impureza fe en las fundiciones de aleación de magnesio tienen un cierto efecto sobre el refinamiento de grano de las aleaciones de magnesio principalmente porque las partículas de mgo y algunas fases que contienen fe pueden servir como sitios de nucleación heterogénea para α-mg; y los elementos o partículas de refinamiento como zr y re en la fusión reaccionarán con elementos de impureza como fe y ni en la masa fundida y se combinarán para formar compuestos insolubles, mejorando así la pureza de la masa fundida. la interacción entre el medio de refinación y el medio de purificación se manifiesta principalmente en dos puntos: primero, durante el proceso de pie después de la refinación de fusión, los componentes de alta densidad (como las partículas de zr, los elementos re) se aglomeraron con las inclusiones de agentes refinados y se establecerán al mismo tiempo. a medida que aumenta el tiempo permanente, se mejora el efecto de purificación de fusión, pero el efecto de refinamiento comienza a disminuir; en segundo lugar, durante el proceso de refinación, el flujo adsorbará o reaccionará con elementos re y zr, causando la pérdida de elementos re y zr y reduciendo el efecto de refinamiento de grano, como se muestra en la figura 3. por lo tanto, existe una interacción muy compleja entre el tratamiento de refinamiento y purificación de las meledias de aleación de la tierra rara de magnesio. comprender y hacer un buen uso de la interacción anterior ayudará a mejorar la calidad de preparación de las fundiciones de aleación de tierras raras de magnesio existentes.

fig.3: estructura y comportamiento de sedimentación de aglomerados formados mediante el medio de refinación y el medio de purificación en magnesio raro tierras derretidas de aleación de tierras

finalmente, se revisan varios métodos de fundición de aleaciones de tierras raras de magnesio, que incluyen fundición de alta presión, fundición a presión, fundición semicontinua, fundición de gemelos, formación semisólida, etc., y los efectos de los diferentes métodos de fundición en el refinamiento de grano de las aleaciones de las tierras raras de magnesio. la esencia de los diferentes métodos de fundición son las diferentes condiciones de solidificación, incluidos los diferentes campos de temperatura, los campos de soluto, los campos de flujo, etc. estos factores tienen una influencia importante en el comportamiento de solidificación de las aleaciones de tierras raras de magnesio, lo que resulta en diferentes efectos de refinamiento de grano. por ejemplo, el grosor de la pared de las piezas de fundición es pequeño y la velocidad de enfriamiento es extremadamente rápida. el tamaño del grano de las aleaciones de tierras raras de magnesio fundido es generalmente el más pequeño, solo 3 ~ 10 μm, pero debido al efecto de precristalización en el barril, las aleaciones de tierras raras de magnesio fundido por el trozo generalmente presentan una estructura de grano bimodal; en el proceso de fundición de compresión, el fusión fluye en un flujo laminar estable y la calidad interna del fundición es buena. por lo tanto, las aleaciones de magnesio que se basan en el ajuste se pueden tratar térmicamente para dar juego completo a las ventajas del endurecimiento fuerte de las aleaciones de tierras raras de magnesio; el tamaño de lingote de fundición semicontinuo es grande, y la velocidad de enfriamiento de la superficie y el núcleo de la aleación de aleación de tierras raras de magnesio es bastante diferente, lo que resulta en una distribución de tamaño de grano desigual. la fundición asistida por electromagnética en el cristalizador puede mejorar efectivamente la uniformidad de la microestructura de aleaciones de tierras raras de magnesio semicontinuamente fundido; la fundición de gemelo proporciona un método de formación de lámina de aleación de magnesio de magnesio de proceso corto. bajo el acoplamiento de la fuerza rápida de enfriamiento y deformación, el tamaño del grano de las aleaciones de tierras raras de magnesio es pequeño; la aleación de tierras raras de magnesio formada por semisólido contiene granos primarios y granos primarios secundarios, por lo que la aleación de tierras raras de magnesio semisólido también presenta una estructura de grano bimodal típica. se puede ver que las condiciones de composición y proceso de fundición tienen una influencia importante en el tamaño del grano de las aleaciones de tierras raras de magnesio.

3. conclusión y perspectiva

el refinamiento de grano es la clave para determinar la calidad y el rendimiento de las aleaciones de tierras raras de magnesio fundido. la aleación de zr a través de las aleaciones maestras mg-zr sigue siendo uno de los métodos de tratamiento de refinamiento de granos más simples y efectivos en el proceso de producción real de las aleaciones de tierras raras de magnesio, pero la temperatura de aleación de zr es alta, el rendimiento zr es bajo y el efecto de refinamiento debe mejorarse aún más. gaochuang rare earth se aleaciones directamente mg y zr para desarrollar un nuevo tipo de aleación maestra mg-zr. en comparación con las aleaciones maestras mg-zr tradicionales, el contenido de zr se distribuye uniformemente y el tamaño del grano es pequeño, lo que mejora enormemente el rendimiento de zr y proporciona una buena solución para el refinamiento de grano de aleaciones de magnesio de tierras raras.