döküm magnezyum nadir toprak alaşımlarında araştırma ilerlemesi ve tahıl arıtma beklentileri

1.background ve önemi

döküm magnezyum nadir toprak alaşımları düşük yoğunluk, yüksek spesifik mukavemet ve spesifik sertlik ve iyi sürünme direnci özelliklerine sahiptir. genellikle uçak ağırlığını azaltabilen, yük ve manevra kabiliyetini artırabilen ve havacılık, savunma ve ordu alanlarında geniş uygulama beklentilerine sahip olan motor gövdeleri ve taşıyıcı kabinler gibi önemli havacılık bileşenleri oluşturmak için kullanılırlar. bununla birlikte, deforme olmuş alaşımlarla karşılaştırıldığında, dökme magnezyum nadir toprak alaşımlarının yapısı nispeten kaba, yetersiz mukavemet ve tokluk ile sonuçlanır ve yüksek performanslı döküm magnezyum nadir toprak alaşımlarının gelişimini ve uygulanmasını ciddi şekilde kısıtlayan sıcak çatlama ve büzülme gibi dökme kusurları üretir. tahıl arıtma işlemi, aynı zamanda magnezyum nadir toprak alaşımlarının döküm işlemi performansını ve mekanik özelliklerini geliştirebilir ve döküm magnezyum nadir toprak alaşımlarının hazırlık kalitesi ve servis performansının belirlenmesinde önemli bir bağlantıdır. bununla birlikte, magnezyum nadir toprak alaşımlarının dökümü birçok proses bağlantısını içerir ve farklı işlem bağlantıları tahıl arıtma üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.

son zamanlarda, profesör wu, araştırmacı tong yardımcısı ve shanghai jiao tong üniversitesi'nden doçent wang, ana çizgi olarak magnezyum nadir toprak alaşımının tüm döküm sürecini aldı ve alaşım, eriyik arıtma ve saflaştırma tedavisi, dış enerji alanının ve farklı döküm süreçlerinin etkilerini, şekil nadir görüldüğü gibi gösterildiği gibi gösterdi). farklı açılardan magnezyum nadir toprak alaşımının tane büyüklüğünün kontrol yöntemlerini tartıştılar ve farklı rafinerlerin arıtma mekanizmasındaki son ilerlemeye, eriyik saflaştırma ve arıtma arasındaki etkileşime ve dış enerji alanı ve rafinerlerin kompozit tedavisine odaklandılar. mevcut sorunlara dikkat çektiler ve magnezyum nadir toprak alaşımının tahıl arıtma tedavisinin gelişme eğilimini dört gözle beklediler ve gelecekte magnezyum alaşımının etkili iyileştirme tedavisi için yeni fikirler sağladılar.

şekil 1: magnezyum nadir toprak alaşımı sırasında farklı süreçlerin tahıl arıtma üzerindeki etkileri

2.grafik tur

birincisi, nadir toprak çözünen elementlerin ve heterojen çekirdeklenme parçacıklarının dökme magnezyum nadir toprak alaşımlarının tahıl arıtımı üzerindeki etkileri gözden geçirilir. magnezyum alaşımlarındaki yaygın nadir toprak alaşım elemanları, aşırı soğutulmuş bir bileşim oluşturmak için katı-sıvı arayüzünün önünde ayrılacak, yeni çekirdeklerin oluşumunu teşvik edecek ve orijinal çekirdeğin devam eden büyümesini inhibe edecek olan gd, y, nd, la, ce, sm, yb, vb. bununla birlikte, sadece nadir toprak elemanlarının bileşimini aşırı soğutarak magnezyum alaşımlarının etkili tahıl arıtılmasını sağlamak zordur. bu nedenle, magnezyum nadir toprak alaşımları genellikle tahıl arıtma için zr ile muamele edilir ve genellikle mg-zr ana alaşımları şeklinde eklenir. çalışmalar, mg-zr ana alaşımlarında zr'nin varlık biçiminin tahıl arıtma etkisinin anahtarı olduğunu bulmuştur. i̇nce ve düzgün zr parçacıklarına sahip mg-zr ana alaşımları daha yüksek tane arıtma etkinliğine sahiptir. tablo 1'de gösterildiği gibi, ekstrüzyon, haddeleme, karıştırma sürtünme işlemesi ve eşit kanal ekstrüzyonu gibi ön işlemler, mg-zr ana alaşımlarında zr'nin varlık formunu optimize edebilir, zr parçacık aglomerasyonunu parçalayabilir ve zr partikül boyutunu rafine edebilir. en son araştırmalar ayrıca, nano ölçekli zr parçacıklarının, zr'nin çözülmesini teşvik eden ve eriyikte etkili zr çekirdeklerinin sayısını artıran ve grain refinasyon verimliliğini%50'den fazla kullanabileceği gibi,%50'den fazla,%50'den fazla kullanarak, yüksek frekanslı nabız remeling ön işlem yoluyla mg-zr ana alaşımlarında hazırlanabileceğini göstermektedir. yerinde iyi bir tahıl arıtma etkisi ile 0.5 ~ 3μm zr parçacıkları üretir. bununla birlikte, bazı erimiş tuz inküzyonlarının eriyikten etkili bir şekilde ayrılması zordur, eriyiğin saflığını azaltır.

tablo 1: mg-zr ana alaşımları için yaygın olarak kullanılan ön tedavi değiştirme yöntemleri

şekil 2: yüksek frekanslı nabız remeling ön tedaviden sonra mg-zr ana alaşımının mikro yapısı ve iyileştirme etkisi

zr'ye ek olarak, al2re (al2gd, al2y, al2sm, vb. dahil) ayrıca genellikle magnezyum nadir toprak alaşımlarında heterojen çekirdeklenme parçacıkları olarak kullanılır. al2re parçacıkları esas olarak al'nin yerinde reaksiyonu ve zr alaşım yönteminden farklı olan nadir toprak elemanları ile oluşturulur. yüksek erime noktası nedeniyle, al-re'nin tane sınırı üzerinde bir sabitleme etkisi vardır ve mg-re-alloyunun mikroyapı stabilitesi mg-re-zr alaşımından daha yüksektir. bununla birlikte, al2re oluşumu, belirli miktarda nadir toprak elemanlarını tüketecektir, bu nedenle al'nin aşırı ilavesi, alaşımın akma gücünde bir azalmaya ve mg-gd-y ve mg-sm gibi alaşımlarda doğrulanan zayıf bir yaşlanma sertleştirme tepkisine yol açacaktır. ek olarak, alaşımın katılaşması sırasında al2re oluşur ve boyut ve dağılım özellikleri al/re konsantrasyon oranı ve soğutma oranı ile belirlenir. yavaş soğutma hızına sahip döküm işlem koşulları (kum dökümü gibi) altında, al2re'nin tahıl rafine etkisi azalacaktır. özetle, en iyi tahıl arıtma etkisini elde etmek için, magnezyum nadir toprak alaşımının kimyasal bileşimi ve gerçek katılaşma koşulları aynı anda dikkate alınmalıdır.

i̇kincisi, magnezyum nadir toprak alaşımlarının fiziksel iyileştirme yöntemleri, nabız, nabız manyetik alan ve ultrasonik tedavi dahil olmak üzere gözden geçirilir. bu dış fiziksel alanlar eriyikte güçlü konveksiyona neden olabilir ve üretilen kavitasyon etkisi dendrit kolunu kıracak ve çekirdeklenme oranını artıracaktır; dış enerji alanları, çekirdeklenme için gereken çekirdeklenme çalışmasını tatmin etmek ve eriyikteki embriyo sayısını arttırmak için elverişlidir. özellikle, harici bir fiziksel alan zr veya al2re para cezası tedavisi ile birleştirildiğinde, daha iyi tahıl arıtma etkileri elde edilebilir. örneğin, mg-5sm-al alaşımında ultrasonik tedavi uygulandıktan sonra, ultrasonik alanın kavitasyon etkisi ve akustik akış etkisi, yerinde üretilen al2sm partiküllerini etkili bir şekilde geliştirir ve dağılım homojenliklerini geliştirir. al2sm parçacıklarının heterojen çekirdeklenme gücü arttırılır ve tane arıtma etkisi daha dikkat çekicidir. çalışma ayrıca fiziksel alanın sıcaklık aralığının tahıl arıtma etkisi üzerinde de önemli bir etkiye sahip olduğunu bulmuştur. örneğin, b.nagasivamuni ve ark. ultrasonik tedavi mg-zr alaşımının tel sıcaklığının üzerine uygulandığında, zr partiküllerinin çökelmesinin etkili bir şekilde adsorbe edilebileceği ve zr'nin magnezyum sıvısında çözülmesinin hızlandırılabileceğini; ultrasonik tedavi alaşım çözeltisi üzerinde hareket etmeye devam ederse, zr partiküllerinin çökelmesi ve adsorpsiyonu daha da azalacaktır. bu nedenle, zr/al2re ve fiziksel alan kompozit tedavisinin kullanımının, yüksek performanslı dökme magnezyum nadir toprak alaşımlarının geliştirilmesi için önemli yönlerden biri olacak olan magnezyum nadir toprak alaşımlarının tahıl arıtılmasını sağlaması beklenmektedir.

rafine edildikten sonra, magnezyum nadir toprak alaşımlarının genellikle saflaştırılması gerekir. hem rafinaj hem de saflaştırma karmaşık yüksek sıcaklık metalurjik reaksiyon işlemlerini içerdiğinden, ikisi arasında belirli bir etkileşim vardır ve etkileşimin sonucu eriyiğin nihai hazırlık kalitesini doğrudan etkileyecektir. magnezyum nadir toprak alaşımı arıtma ve saflaştırma arasındaki etkileşim esas olarak üç yöne yansıtılır: (1) belirli inklüzyonlar veya safsızlık elemanları belirli bir arıtma etkisi getirebilir; (2) belirli arıtma ortamı belirli bir saflaştırma etkisi getirebilir; (3) belirli arıtma ortamı ve saflaştırma ortamı birbirleriyle etkileşime girecektir. örneğin, magnezyum alaşım eriyiklerindeki ortak oksit inklüzyonları mgo ve safsızlık elemanları fe, esas olarak mgo parçacıkları ve bazı fe içeren fazlar α-mg için heterojen çekirdeklenme bölgeleri olarak işlev görebildiğinden, magnezyum alaşımlarının tahıl arıtımı üzerinde belirli bir etkiye sahiptir; ve eriyikte zr ve re gibi arıtma elemanları veya parçacıkları, eriyikte fe ve ni gibi safsızlık elemanları ile reaksiyona girecek ve çözünmeyen bileşikler oluşturmak için birleştirecek, böylece eriyenin saflığını geliştirecektir. rafinaj ortamı ve saflaştırma ortamı arasındaki etkileşim esas olarak iki noktada ortaya çıkar: birincisi, eriyik rafinasyondan sonra ayakta durma işlemi sırasında, yüksek yoğunluklu bileşenler (zr partikülleri, yeniden elemanlar gibi) rafineri ajan-inksiyonları ile toplanır ve aynı zamanda yerleşir. ayakta durma süresi arttıkça, eriyik saflaştırma etkisi geliştirilir, ancak arıtma etkisi azalmaya başlar; i̇kincisi, rafinaj işlemi sırasında, akı re ve zr elemanları ile adsorbe olur veya reaksiyona girer, bu nedenle şekil 3'te gösterildiği gibi re ve zr elemanlarının kaybına neden olur ve tahıl arıtma etkisini azaltır. yukarıdaki etkileşimi anlamak ve iyi kullanmak, mevcut magnezyum nadir toprak alaşımı eriyiklerinin hazırlık kalitesini iyileştirmeye yardımcı olacaktır.

şekil 3: magnezyum nadir toprak alaşımı eriyiğinde aracı ve saflaştırma ortamını rafine edilerek oluşturulan aglomeratların yapısı ve sedimantasyon davranışı

son olarak, yüksek basınçlı döküm, sıkma döküm, yarı sürekli döküm, ikiz rulo döküm, yarı katı biçimlendirme, vb. ve farklı döküm yöntemlerinin magnezyum nadir toprak alaşımlarının tahıl arıtma üzerindeki etkileri tartışılmaktadır. farklı döküm yöntemlerinin özü, farklı sıcaklık alanları, çözünen alanlar, akış alanları vb. dahil farklı katılaşma koşullarıdır. bu faktörler, magnezyum nadir toprak alaşımlarının katılaşma davranışı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir ve bu da farklı tahıl arıtma etkileri ile sonuçlanır. örneğin, kalıp dökümlerinin duvar kalınlığı küçüktür ve soğutma oranı son derece hızlıdır. kalıp döküm magnezyum nadir toprak alaşımlarının tane büyüklüğü genellikle en küçük, sadece 3 ~ 10μm'dir, ancak namludaki ön kristalizasyon etkisi nedeniyle, kalıp döküm magnezyum nadir toprak alaşımları genellikle bir bimodal tane yapısı gösterir; sıkma döküm işleminde, eriyik sabit bir laminer akışta akar ve dökümün iç kalitesi iyidir. bu nedenle, sıkışmış magnezyum alaşımları, magnezyum nadir toprak alaşımlarının güçlü yaşlanma sertleşmesinin avantajlarına tam oyun vermek için ısıl işlem görülebilir; yarı sürekli döküm içi boyutu büyüktür ve magnezyum nadir toprak alaşımlı ingot yüzeyinin ve çekirdeğinin soğutma hızı oldukça farklıdır, bu da eşit olmayan tane boyutu dağılımına neden olur. kristalleştiricide elektromanyetik destekli döküm, yarı sürekli döküm magnezyum nadir toprak alaşımlarının mikro yapısının tekdüzeliğini etkili bir şekilde iyileştirebilir; i̇kiz-roll döküm, kısa süreli bir magnezyum nadir toprak alaşım tabakası oluşturma yöntemi sağlar. hızlı soğutma ve deformasyon kuvvetinin birleştirilmesi altında, magnezyum nadir toprak alaşımlarının tane büyüklüğü küçüktür; yarı katı şekillendirilmiş magnezyum nadir toprak alaşımı birincil tahıllar ve ikincil birincil taneler içerir, bu nedenle yarı katı magnezyum nadir toprak alaşımı da tipik bir bimodal tane yapısı sunar. hem kompozisyon hem de döküm işlem koşullarının magnezyum nadir toprak alaşımlarının tane büyüklüğü üzerinde önemli bir etkisi olduğu görülebilir.

3.clusion ve outlook

tahıl arıtma, dökme magnezyum nadir toprak alaşımlarının kalitesini ve performansını belirlemenin anahtarıdır. mg-zr ana alaşımları yoluyla zr alaşımları, magnezyum nadir toprak alaşımlarının gerçek üretim sürecinde hala en basit ve en etkili tahıl arıtma işlem yöntemlerinden biridir, ancak zr alaşım sıcaklığı yüksektir, zr verimi düşüktür ve arıtma etkisinin daha da iyileştirilmesi gerekir. gaochuang nadir toprak, yeni bir mg-zr ana alaşımı türü geliştirmek için doğrudan mg ve zr'yi alaşımlar. geleneksel mg-zr ana alaşımlarıyla karşılaştırıldığında, zr içeriği eşit olarak dağıtılır ve tane boyutu küçüktür, bu da zr verimini büyük ölçüde iyileştirir ve nadir toprak magnezyum alaşımlarının tahıl arıtımı için iyi bir çözüm sağlar.