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AZ91镁合金快速凝固研究进展 　　摘要：本文对快速凝固的冶金行为进行了分析，对镁合金的快速凝固的近期研究情况进行了综述，并对快速凝固的特点进行了小结。 　　关键词：镁合金快速凝固进展 　　镁合金因其低的密度、高的比强度和比刚度、好的阻尼性能以及易于回收等特点，越来越受到汽车和航空航天领域的青睐。但其机械性能、抗腐蚀性能、抗蠕变性能不佳而限制了其广泛应用[1]。根据Hall-Petch公式知，细晶是提高合金的机械性能最有效的办法。快速凝固是细化晶粒以提高合金机械性能最有效的办法[2]。快速凝固可显著地细化组织，获得微晶、纳米晶甚至金属玻璃以及常规工艺条件下难以获得的亚稳相结构，从而获得具有特殊物化性能和力学性能的新材料。在快速凝固过程中，合金元素在镁基体内的最大固溶度大大提高。铝的最大固溶度可以提高到21.6at% [3]。快速凝固AZ91D合金可形成过饱和α-Mg固溶体，能大幅度提高合金机械强度、韧性和耐蚀性等性能，细化的晶粒和析出相，高的固溶度，并能形成非平衡相[4]，从而拓宽了其应用范围。 　　1、镁合金的快速凝固冶金行为 　　快速凝固技术是指在很高的冷却速度下（如104~109K/s），合金以极快的速率从液态转变成固态，从而获得传统铸件或铸锭冷却速率下不能获得的成分、相结构或显微结构。 　　以应用最为广泛的AZ91镁合金为例，在快速凝固条件下，凝固过程包括两个阶段[5]：第一阶段为快速凝固阶段，急冷形成的大过冷熔体生成大量细小且过饱和枝晶组成的晶粒，同时伴随着潜热的快速释放和温度再辉。第二阶段为缓慢凝固阶段，快速凝固后剩余熔体进入相对缓慢的凝固阶段，快速释放的潜热使细化的树枝晶过热，并且由于溶质再分配和热流而可能导致重熔发生。 　　在快速凝固后，合金的组织沿厚度方向分为3个晶区：近辊面细晶区、内部柱状晶区和自由面等轴晶区。在快速凝固条件下，L→α-Mg+β-Mg17A112的共晶反应受到抑制，条带凝固组织由过饱和的单相a-Mg固溶体组成。α-Mg晶内和晶界上离散分布着的少量β-Mg17A112质点，系α-Mg固溶体在连续冷却过程中脱溶析出的产物；α-Mg中存在着大量的位错线和位错胞。 　　2、近期发展 　　快速凝固在近年来有大量的研究成果出现。 　　徐锦锋等人用单辊实验技术研究了AZ91D镁合金的急冷快速凝固特征。经检测知合金条带的凝固组织沿厚度方向分为近辊面细晶区、内部柱状晶区和自由面等轴晶区3个晶区。TEM分析发现，α-Mg晶内和晶界上离散分布着的少量β-Mg17A112质点，系α-Mg固溶体在连续冷却过程中脱溶析出的产物；α-Mg中存在着大量的位错线和位错胞。随着辊速增大，晶粒更加细化，柱状晶区减小，位错密度增大，条带强度增加，塑性降低，电阻率增大。 　　黄正华等人在氩气保护下用单辊快速凝固装置得到快速凝固的镁合金薄带。试验表明快速凝固AZ91D合金薄带截面组织由靠近辊面的粗大等轴晶区、中部的柱状晶区和自由表面层的细小等轴晶区三部分组成，XRD显示三层组织均为过饱和α-Mg固溶体。 　　快速凝固使大部分空位来不及析出而留在固态合金中；合金在快速凝固过程中受到较大的热应力，空位聚集崩塌后会形成位错，故快速凝固后合金组织中可观察到较高的位错密度。 　　冯辉等人研究了AZ91镁合金在水、饱和盐液和液氮等冷却介质条件下快速凝固的微观组织及压缩性能。研究发现随冷却速度的增大，镁基固溶体相增多，β-Mg17A112相的分数减少，在液氮冷却条件下，可获得近乎单相固溶体组织采用水、饱和盐溶液和液氮作为冷却介质快速凝固AZ91镁合金的压缩屈服强度和压缩断裂强度均高于铸态，而随冷却速度的增加，快凝的AZ91镁合金的压缩强度有下降的趋势，其断裂为脆性断裂。 　　Shen等人在AZ91合金粉末中加入2mass.%Si利用双辊技术制得快速凝固合金。经检测发现晶粒为1~5μm的树枝晶，在等轴晶界出有大量的析出相Mg2Si，β-Mg17A112和AlMn2Zn。快速凝固的镁合金有很好的0.2%屈服强度、强度极限和延伸率，分别达到322.47MPa，429.78MPa和6.4%。 　　Cai研究了快速凝固对AZ91HP合金的显微组织的影响，结果表明快速凝固可改变合金显微组织形貌。合金主要由α-Mg、β-Mg17A112和Al8Mn5组成。离异α-Mg首先依附于初生α-Mg相生长，离异的β-Mg17A112相在生长过程中伸展到α-Mg相中，而过饱和的α-Mg中会析出层状的β-Mg17A112相。且合金中有大量的小颗粒离异β-Mg17A112相均匀的分布在晶界处，从而提高了合金的硬度和机械性能。 　　3、结语 　　从以上的研究可得知，通过快速凝固后，镁合金的晶粒能得到明显的细化，组织得到很大改善，合金致密度和机械