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碳酸盐矿石细化AZ31镁合金组织工艺与机理研究
Research on the grain refining process and mechanism of AZ31 magnesium alloys by carbonate ores
刘轩,薛济来,乐启炽,张志强
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作者单位:北京科技大学 东北大学
中文关键字:镁合金; 碳质细化剂; 碳酸盐矿石; 凝固组织; 晶粒细化
英文关键字:Magnesium alloys; Carbon-based grain refiner; Carbonate ores; Solidification structures; Grain refinement
中文摘要:针对商用AZ系镁合金缺乏可工业化应用的碳质细化剂,本文提出利用白云石、菱镁石和石灰石三种碳酸盐矿石作为经济有效的晶粒细化剂,研究工艺参数对矿石细化效果的影响规律,优化碳酸盐矿石细化工艺参数,并通过比较三种矿石细化效果研究其细化机理。结果表明:碳酸盐矿石均对工业纯镁无显著细化效果,但添加石灰石后纯镁凝固组织心部出现细小等轴晶区,这与所含微量杂质Al2O3置换反应生成碳质细化所需的Al有关。碳酸盐矿石能显著细化AZ31凝固组织。低添加量时(<1.0%),白云石和菱镁石因分解温度较低反应彻底,细化作用略优于石灰石;高添加量时(2.0%),石灰石细化效果最好,晶粒细化效率最高可达58%。其细化效果与矿石添加量和粒度有关。碳酸盐矿石细化AZ系镁合金的本质为矿石分解提供的C源,与Al和Mn形成Al-Mn/Al-C相可作为α-Mg的有效异质核心,且该相相中Al-C层中Al含量较低。
英文摘要:Carbon inoculation are considered to be the most effective grain refiner for Mg-Al alloys, and have been used for decades. However, there is still no economic carbon sources for carbon inoculation. This work aims at using the carbonate ores as the cut-price grain refiner for the Mg-Al based alloys. The results shows: The carbonate ores have outstanding grain refining potency on AZ31 alloys but pure magnesium. At low addition level (<1.0), the dolomite and magnesite have a bit higher grain refining efficiency than the limestone, due to their low decomposition temperature. The limestone has higher grain refining efficiency at high addition level (2.0%), due to the impurity Al2O3. The grain refining efficiency can be as high as 58 %. The average grain size of AZ31 alloy significantly reduce with the increasing addition, but the addition over 1.0 wt. % is less effective. The grain refining mechanism of the investigated minerals should be ascribed to the large amount of inoculated duplex Al-C/Al-Mn particles, serving as the heterogeneous nuclei for α-Mg. In addition, the Al content of Al-C layer is low.
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