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鎂合金鑄錠裂紋

2019-12-06 14:09 ?瀏覽:

同鋁合金一樣,鎂合金鑄錠也常常顯現(xiàn)裂紋,不過(guò)鎂合金的裂紋敏感性比鋁合金的輕得多,型式也有較大差別,也可以分為熱裂紋與冷裂紋,不過(guò)鎂合金的冷裂紋相當(dāng)少見,僅在MB5和MB7合金錠中偶爾出現(xiàn),因此鎂合金的熱裂紋廢品量占95%以上。

  熱裂紋

  鑄錠在有效結(jié)晶區(qū)間形成的裂紋稱熱裂紋。在結(jié)晶區(qū)間內(nèi)收縮困難是產(chǎn)生熱裂紋的主要原因。合金在給定條件下,凡是能縮小脆性區(qū)溫度范圍、減少脆性區(qū)內(nèi)收縮困難的因素都可以減小熱裂紋敏感性。

  合金熱裂紋敏感性高低可根據(jù)其脆性區(qū)內(nèi)塑性A和線收縮ε的大小判斷,即根據(jù)溫度-塑性圖可判斷合金敏感性。還A大于0.5%的幾乎不產(chǎn)生熱裂紋。而當(dāng)A=0時(shí)則稱之為絕對(duì)脆性區(qū),這時(shí)產(chǎn)生熱裂紋的幾率可以說(shuō)是100%了。合金脆性的上限≤固液區(qū)的上限,而其下限則≤固液區(qū)的下限。

  對(duì)鎂合金熱裂紋敏感性有影響的主要因素:合金成分與工藝因素。

  化學(xué)成分

  實(shí)驗(yàn)證明,凡是能細(xì)化晶粒的因素都能降低合金脆性區(qū)的上限,也就是可以縮小脆性的溫度范圍。因?yàn)榫ЯT郊?xì),則越有利于晶間變形,減少結(jié)晶時(shí)的收縮阻力,裂紋就不會(huì)產(chǎn)生了。例如向Mg+4.5%Zn合金添加0.8%Zr,其固相線由344℃提高到550℃,脆性區(qū)縮小了206℃,同時(shí)還降低了固液區(qū)內(nèi)的線收縮和提高了固液區(qū)的塑性,這三者都有利于消除熱裂紋。

  另外,凡是增大共晶量的組元,都會(huì)提高合金的固液區(qū)內(nèi)的塑性。因?yàn)樵龃蠊簿Я?,可增大晶界液膜厚度,從而有利于晶界變形,將大大改善補(bǔ)縮條件和裂紋“修復(fù)”條件,不但熱裂數(shù)量減少,而且程度也顯著減輕。

  共晶量和裂紋敏感性并不是呈線性關(guān)系,當(dāng)共晶量小于其一極限值時(shí),裂紋傾向性小,當(dāng)增加到某一值后,敏感性驟升,再繼續(xù)加大共晶量,則敏感性又下降,一直到零。

  工藝因素

  工藝因素主要指冷卻速度、熔體溫度、錠坯形狀等等。

  鑄錠凝固時(shí),隨著冷卻速度的加大,減小了脆性溫度區(qū)間,提高了固液區(qū)的金屬的塑性,有利于減少熱裂紋。晶粒粗大的凝固著的錠的脆性溫度也較大。過(guò)熱合金熔體將使晶粒粗化,加大脆性溫度范圍,降低合金的塑性,從而加大脆性敏感性。

  晶粒形狀也對(duì)脆性區(qū)范圍和固液區(qū)的塑性大小有影響,柱狀晶的不但脆性區(qū)較大,且其固液區(qū)的塑性也較低,因而易形成熱裂紋。

  鑄造速度、鑄造溫度、冷卻強(qiáng)度、鑄錠尺寸及形狀都對(duì)鑄錠凝固速度有著直接影響,因而直接影響鑄錠的內(nèi)應(yīng)力、脆性區(qū)大和固液區(qū)的塑性。在鑄造鎂合金錠時(shí),不能同時(shí)不適當(dāng)?shù)丶哟箬T造速度與冷卻強(qiáng)度,否則會(huì)加大熱裂紋敏感性。鎂合金有較大的熱裂紋敏性,裂紋的分布形式主要與工藝條件有關(guān),常見形式有表面裂紋和發(fā)狀裂紋。

  冷裂紋

  鑄錠中的冷裂紋是在凝固以后形成的,是當(dāng)鑄錠冷卻到低于不平衡固相線溫度以下時(shí),由于鑄錠收縮困難造成的,即取決于當(dāng)時(shí)鑄錠的內(nèi)應(yīng)力大小和塑性高低。鑄造應(yīng)力可分為熱應(yīng)力、相變應(yīng)力和收縮阻力。在連續(xù)鑄造時(shí),鎂合金的相變應(yīng)力可不考慮,主要是其余的兩種應(yīng)力,但是收縮力也不大,同時(shí)可調(diào)控,因此,熱應(yīng)力是最主要的,所以冷裂紋取決于在固態(tài)時(shí)鑄錠內(nèi)部熱應(yīng)力的大小和塑性高低。

  熱應(yīng)力的產(chǎn)生是由于鑄錠內(nèi)外各層間的收縮不同步與收縮系數(shù)的相異,例如直徑530mm MB15合金圓錠,在鑄造速度為33.6cm/min時(shí),中心部分的平均冷卻速度為48℃/min,而外表層的為58℃/min,這種差別必然導(dǎo)致收縮系數(shù)不一樣,另外各層的收縮時(shí)間也不同步,表皮先收縮,中心后收縮,這就會(huì)使鑄錠內(nèi)部產(chǎn)生巨大應(yīng)力。一旦這種熱應(yīng)力超過(guò)鑄錠的屈服Rp0.2,就會(huì)形成冷裂紋。

  熱應(yīng)力大小除與線膨脹系數(shù)α及溫差有關(guān)外,還與合金的正彈性模E有關(guān),鎂合金的E小,只有45000N/mm2,熱應(yīng)力也會(huì)小一些。另外,在鎂合金鑄造過(guò)程中所允許的結(jié)晶速度較低,產(chǎn)生的熱應(yīng)力不大,故鎂合金鑄錠產(chǎn)生冷裂紋的幾率不高。

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