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金属学报  2014, Vol. 50 Issue (10): 1237-1243    DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00157
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Mn对Mg-6.5Zn合金热裂倾向性的影响
李浩宇, 柏媛媛, 张海涛, 武鑫, 张志强, 乐启炽()
东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室, 沈阳 110819
EFFECT OF Mn ON HOT CRACKING TENDENCY OF Mg-6.5Zn ALLOYS
LI Haoyu, BAI Yuanyuan, ZHANG Haitao, WU Xin, ZHANG Zhiqiang, LE Qichi()
The Key Laboratory of Electromagnetic Processing of Materials, Ministry of Education, Northeastern University, Shenyang 110819
引用本文:

李浩宇, 柏媛媛, 张海涛, 武鑫, 张志强, 乐启炽. Mn对Mg-6.5Zn合金热裂倾向性的影响[J]. 金属学报, 2014, 50(10): 1237-1243.
Haoyu LI, Yuanyuan BAI, Haitao ZHANG, Xin WU, Zhiqiang ZHANG, Qichi LE. EFFECT OF Mn ON HOT CRACKING TENDENCY OF Mg-6.5Zn ALLOYS[J]. Acta Metall Sin, 2014, 50(10): 1237-1243.

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摘要: 

通过能够准确检测和记录镁合金凝固过程中温度、收缩位移和收缩应力细微变化的实验装置, 研究了Mn对Mg-6.5Zn-xMn系合金凝固过程中热裂倾向性的影响规律. 结果表明, 所提出的热裂倾向性评价指标最大收缩速率(vmax)和应力累积系数(k)越大, 热裂倾向越大, 且其在高固相率出现时热裂倾向更显著; 随Mn含量的增加, Mg-6.5Zn-xMn系合金的vmax增大, 但其出现向低固相率迁移; k在Mn含量为0.35%时达到最大, 且在高固相率时出现, 导致其热裂倾向性最大. 该系合金的热裂纹在凝固后期(高固相率)萌生并扩展, 晶粒间存在明显的补缩通道; 低熔点相于凝固后期在晶粒表面形成液膜, 且液膜越厚, 晶粒越细, 热裂倾向性越小; 枝晶分离后相互接触的枝晶臂搭接形成的晶间搭桥加强了合金凝固后期晶间结合力, 但晶粒收缩受阻拉断晶间搭桥会形成热裂.

关键词 Mg-6.5Zn合金Mn镁合金热裂    
Abstract

Mg-Zn-Mn alloy has high hot cracking tendency (HCT), but few researches focus on its hot cracking behavior and mechanism. The effect of Mn on the HCT of Mg-6.5Zn-xMn alloys was studied by the designed equipment which can measure and record the subtle changes of temperature, shrinkage displacement and shrinkage stress during solidification in this study. The results indicate that the larger the maximum contract rate (vmax) and the stress accumulating coefficient (k), which are put forward to evaluate HCT, the higher the HCT is, and there is higher HTC when vmax or k presents at high fraction of solid. The vmax of Mg-6.5Zn-xMn alloy increases with the increase of Mn content, however its position move towards to lower fraction of solid, and the k reaches the maximum value and presents at high fraction of solid at 0.35%Mn, which means the greatest HCT in this composition. The hot cracks of these alloys initiated and propagated at final stage of solidification (with higher fraction of solid), and the intergranular feeding channels could be observed. The thicker the liquid film around grains formed by the low melting point phases and the finer the grains, the less the HCT of the alloy is. After dendritic separation, interdendritic bridging formed by the jointing of dendrite arms could enhance the adhesive force between grains at final stage of solidification. However, the break of interdendritic bridging due to the hindrance to grain contraction would result in the hot cracks.

Key wordsMg-6.5Zn alloy    Mn    magnesium alloy    hot cracking
收稿日期: 2014-04-02     
ZTFLH:  TG146.22  
基金资助:* 国家重点基础研究发展计划资助项目2013CB632203
作者简介: null

李浩宇, 男, 1991年生, 硕士生

Alloy Zn Mn Mg
Mg-6.5Zn 5.94 - Bal.
Mg-6.5Zn-0.04Mn 5.90 0.04 Bal.
Mg-6.5Zn-0.35Mn 6.73 0.34 Bal.
Mg-6.5Zn-1.00Mn 7.21 1.18 Bal.
表1  实验合金化学成分
图1  自由收缩位移测试模块示意图
图2  受阻收缩应力测试模块示意图
图3  浇注及温度采集点示意图
图4  实验合金温度-固相率曲线
图5  Mg-6.5Zn-0.35Mn合金自由收缩时间-温度/位移/位移变化速率曲线
图6  实验合金最大收缩速率及固相率
图7  Mg-6.5Zn-0.35Mn合金受阻收缩时间-温度/应力曲线和温度-应力/应力变化速率曲线
图8  Mg-6.5Zn-0.35Mn合金铸件热裂断口宏观照片
图9  Mn对合金凝固的应力累积系数和应力累积固相率的影响
图10  Mg-6.5Zn-0.35Mn和Mg-6.5Zn-1.00Mn合金最后凝固部分的OM像
图11  Mg-6.5Zn-0.35Mn合金热裂断口附近的OM像
图12  Mg-6.5Zn-0.35Mn合金热裂断口SEM像
  
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