progrès de la recherche et perspectives de raffinement des céréales dans les alliages de terre en magnésium-rare coulé

1.background et signification

les alliages de terres rares en magnésium coulé ont les caractéristiques d'une faible densité, d'une résistance spécifique élevée et d'une rigidité spécifique et d'une bonne résistance au fluage. ils sont souvent utilisés pour former d'importants composants aérospatiaux tels que les boîtes de moteur et les cabines de transporteur, qui peuvent réduire le poids des avions, améliorer la charge et la maniabilité, et avoir de larges perspectives d'application dans les domaines de l'aérospatiale, de la défense et des militaires. cependant, par rapport aux alliages déformés, la structure des alliages de terres rares en magnésium coulé est relativement grossière, entraînant une force et une ténacité insuffisantes, et facile à produire des défauts de coulée tels que la fissuration chaude et le rétrécissement, ce qui restreint sérieusement le développement et l'application d'alliages de terres rares de magnésium à haute performance. le traitement de raffinement des grains peut améliorer les performances du processus de coulée et les propriétés mécaniques des alliages de terres rares de magnésium en même temps, et est un lien clé pour déterminer la qualité de préparation et les performances de service des alliages de terres rares de magnésium coulé. cependant, la coulée d'alliages de terres rares en magnésium implique de nombreuses liaisons de processus, et différentes liaisons de processus ont une influence importante sur le raffinement des grains.

récemment, le professeur wu, chercheur adjoint tong et professeur agrégé wang de l'université de shanghai jiao tong ont pris l'ensemble du processus de coulée de l'alliage de terres rares en magnésium comme la ligne principale et ont systématiquement résumé les effets de l'alliage, du raffinement de la fusion et du traitement de la purification, du domaine de l'énergie externe, et des différents processus de casting). ils ont discuté des méthodes de contrôle de la taille des grains de l'alliage de terre rare du magnésium sous différents angles et se sont concentrés sur les derniers progrès du mécanisme de raffinement de différents raffineurs, de l'interaction entre la purification et le raffinement de la fusion, et le traitement composite du champ d'énergie externe et des raffineurs. ils ont souligné les problèmes actuels et attendaient avec impatience la tendance de développement du traitement du raffinement des grains de l'alliage de terres rares en magnésium, fournissant de nouvelles idées pour le traitement efficace du raffinement de l'alliage de magnésium à l'avenir.

figure 1: effets de différents processus sur le raffinement des grains pendant le magnésium rare terre alliage casting

2. tour agraphique

premièrement, les effets des éléments de soluté de terres rares et des particules de nucléation hétérogène sur le raffinement des grains des alliages de terres rares en magnésium coulé sont examinés. les éléments d'alliage des terres rares communs dans les alliages de magnésium comprennent gd, y, nd, la, ce, sm, yb, etc., qui se séparera à l'avant de l'interface solide-liquide pour former une composition surfoncée, favorisera la formation de nouveaux noyaux et inhiber la croissance continue des noyaux d'origine. cependant, il est difficile d'atteindre un raffinement efficace des grains des alliages de magnésium en surfilant la composition d'éléments de terres rares seuls. par conséquent, les alliages de terres rares en magnésium sont souvent traités avec du zr pour le raffinement des grains et sont souvent ajoutés sous la forme d'alliages maître mg-zr. des études ont montré que la forme d'existence de zr dans les alliages maître mg-zr est la clé de son effet de raffinement des grains. les alliages maîtres mg-zr avec des particules zr fins et uniformes ont une efficacité de raffinement de grains plus élevée. comme le montre le tableau 1, les prétraitements, tels que l'extrusion, le roulement, le traitement de la friction de stir et l'extrusion de canaux égaux, peuvent optimiser la forme d'existence de zr dans les alliages maîtres mg-zr, briser l'agglomération des particules zr et affiner la taille des particules zr. les dernières recherches montrent également que les particules de zr à l'échelle nano-nano-échelle peuvent être préparées dans des alliages maîtres mg-zr par le biais d'un impulsion à haute fréquence de prétraitement, ce qui favorise la dissolution de zr et augmente le nombre de noyaux zr efficaces dans la fonte, et améliore le sel de raffinement des grains de plus de 50%, comme le montre la figure 2. générez 0,5 ~ 3 μm de particules de zr avec un bon effet de raffinement des grains. cependant, certaines inclusions de sel fondues sont difficiles à séparer efficacement de la fusion, ce qui réduisait la pureté de la fusion.

tableau 1: méthodes de modification de prétraitement couramment utilisées pour les alliages de maître mg-zr

fig.

en plus de zr, al2re (y compris al2gd, al2y, al2sm, etc.) est également souvent utilisé comme particules de nucléation hétérogène dans les alliages de terres rares en magnésium. les particules d'al2re sont principalement formées par la réaction in situ des éléments al et des terres rares, ce qui est différent de la méthode d'alliage zr. en raison de son point de fusion élevé, al-rre a un effet d'épinglage sur la limite des grains et la stabilité de la microstructure de l'alliage mg-re-al est plus élevée que celle de l'alliage mg-re-zr. cependant, la formation d'al2re consommera une certaine quantité d'éléments de terres rares, donc l'ajout excessif d'al entraînera une diminution de la limite d'élasticité de l'alliage et une réponse durcissant affaiblie, qui a été vérifiée dans des alliages tels que mg-gd-y et mg-sm. de plus, al2re est formé lors de la solidification de l'alliage, et ses caractéristiques de taille et de distribution sont déterminées par le rapport de concentration al / re et le taux de refroidissement. dans des conditions de procédé de coulée avec un taux de refroidissement lent (comme la coulée de sable), l'effet de raffinage des grains d'al2re sera réduit. en résumé, pour obtenir le meilleur effet de raffinage des grains, la composition chimique et les conditions de solidification réelles de l'alliage de terres rares de magnésium doivent être prises en compte en même temps.

deuxièmement, les méthodes de raffinement physique des alliages terrestres de magnésium-rare sont examinées, y compris les impulsions, le champ magnétique d'impulsion et le traitement à ultrasons. ces champs physiques externes peuvent induire une forte convection dans la fusion, et l'effet de cavitation produit brisera le bras dendrite et augmentera le taux de nucléation; les champs d'énergie externes sont également propices à la satisfaction du travail de nucléation requis pour la nucléation et augmentant le nombre d'embryons dans la fusion. en particulier, lorsqu'un champ physique externe est combiné avec un traitement de finition zr ou al2re, des effets de raffinement de grains encore meilleurs peuvent être obtenus. par exemple, une fois le traitement par ultrasons appliqué dans l'alliage mg-5sm-al, l'effet de cavitation et l'effet de streaming acoustique du champ ultrasonique affinent efficacement les particules d'al2sm générées in situ et améliorent leur homogénéité de distribution. la puissance de nucléation hétérogène des particules d'al2sm est améliorée et l'effet de raffinement des grains est plus remarquable. l'étude a également révélé que la plage de température du champ physique a également une influence importante sur son effet de raffinement des grains. par exemple, b.nagasivamuni et al. ont constaté que lorsque le traitement à ultrasons est appliqué au-dessus de la température du fil de l'alliage mg-zr, la précipitation des particules zr peut être efficacement adsorbée et la dissolution de zr dans le liquide de magnésium peut être accélérée; si le traitement à ultrasons continue d'agir sur la solution d'alliage, les précipitations et l'adsorption des particules zr seront encore réduites. ainsi, l'utilisation de zr / al2re et du traitement composite de champ physique devrait atteindre le raffinement des grains d'alliages de terres rares de magnésium, qui sera l'une des directions importantes pour le développement d'alliages de terres rares en magnésium à haute performance.

après le raffinage, les alliages de terres rares en magnésium doivent souvent être purifiés. étant donné que le raffinage et la purification impliquent des processus de réaction métallurgique à haute température complexes, il existe une certaine interaction entre les deux, et le résultat de l'interaction affectera directement la qualité de préparation finale de la fusion. l'interaction entre le raffinement et la purification des alliages de terres rares du magnésium se reflète principalement dans trois aspects, notamment: (1) certaines inclusions ou éléments d'impureté peuvent apporter un certain effet de raffinement; (2) certains milieux de raffinement peuvent apporter un certain effet de purification; (3) certains milieux de raffinement et supports de purification interagiront les uns avec les autres. par exemple, les inclusions d'oxyde commun et les éléments d'impureté fe dans les fonte des alliages de magnésium ont un certain effet sur le raffinement des grains des alliages de magnésium principalement parce que les particules de mgo et certaines phases contenant fe peuvent servir de sites de nucléation hétérogène pour α-mg; et les éléments de raffinement ou les particules tels que zr et re dans la fusion réagiront avec des éléments d'impureté tels que fe et ni dans la fusion et se combiner pour former des composés insolubles, améliorant ainsi la pureté de la fusion. l'interaction entre le milieu de raffinage et le milieu de purification se manifeste principalement en deux points: premièrement, pendant le processus debout après le raffinage de la fonte, les composants de haute densité (tels que les particules zr, les éléments re) agglomèrent avec les inclusions d'agent de raffinage et se déposent en même temps. à mesure que le temps debout augmente, l'effet de purification de la fusion est amélioré, mais l'effet de raffinement commence à diminuer; deuxièmement, pendant le processus de raffinage, le flux adsorbera ou réagira avec les éléments re et zr, provoquant la perte des éléments re et zr et réduisant l'effet de raffinement des grains, comme le montre la figure 3. par conséquent, il existe une interaction très complexe entre le traitement du raffinement et de la purification de la fusion en alliage de terres rares de magnésium. comprendre et faire bon usage de l'interaction ci-dessus aidera à améliorer la qualité de préparation de la fond des alliages de terres rares du magnésium existant.

fig.3: comportement de structure et de sédimentation des agglomérats formés par le milieu de raffinage et le milieu de purification dans le magnésium rare earth alloy felli

enfin, diverses méthodes de coulée d'alliages de terres rares en magnésium sont examinées, notamment la coulée à haute pression, la coulée de compression, la moulage semi-continu, la coulée à double rouleau, la formation semi-solide, etc., et les effets de différentes méthodes de coulée sur le raffinement des grains des alliages de terres rares de magnésium sont discutées. l'essence de différentes méthodes de coulée est différentes conditions de solidification, y compris différents champs de température, champs de soluté, champs d'écoulement, etc. par exemple, l'épaisseur de la paroi des pièces moulées est petite et la vitesse de refroidissement est extrêmement rapide. la taille des grains des alliages de terres rares en magnésium moulé par moulage est généralement le plus petit, seulement 3 ~ 10 μm, mais en raison de l'effet de pré-cristallisation dans le baril, les alliages de terres rares en magnésium moulé par la purée présentent généralement une structure de grains bimodaux; dans le processus de coulée de compression, la fusion s'écoule dans un flux laminaire stable et la qualité interne de la coulée est bonne. par conséquent, les alliages de magnésium de casting compressé peuvent être traités à la chaleur pour donner un jeu complet aux avantages d'un fort durcissement du vieillissement des alliages de terres rares en magnésium; la taille de lingot semi-continu de coulée est grande, et la vitesse de refroidissement de la surface et du noyau du lingot en alliage en alliage de terres rares en magnésium est très différente, ce qui entraîne une distribution inégale de la taille des grains. la coulée assistée par électromagnétique au niveau du cristalliseur peut efficacement améliorer l'uniformité de la microstructure des alliages de terres rares en magnésium semi-continu; la coulée à deux rouleaux fournit une méthode de formage en alliage en alliage en terres rares en magnésium court-traitement. sous le couplage d'une force de refroidissement et de déformation rapide, la taille des grains des alliages de terres rares de magnésium est petite; l'alliage semi-solide de magnésium formé en magnésium contient des grains primaires et des grains primaires secondaires, de sorte que l'alliage semi-solide en magnésium rare se présente également une structure de grains bimodaux typique. on peut voir que les conditions de composition et de procédure de coulée ont une influence importante sur la taille des grains des alliages de terres rares en magnésium.

3. conclusion et perspectives

le raffinement des grains est la clé pour déterminer la qualité et les performances des alliages de terres rares en magnésium coulé. l'alliage zr via les alliages maître mg-zr est toujours l'une des méthodes de traitement de raffinement des grains les plus simples et les plus efficaces dans le processus de production réel des alliages de terres rares en magnésium, mais la température d'alliage zr est élevée, le rendement en zr est faible et l'effet de raffinement doit être encore amélioré. gaochuang rare earth alliages directement mg et zr pour développer un nouveau type d'alliage maître mg-zr. par rapport aux alliages maîtres mg-zr traditionnels, la teneur en zr est répartie uniformément et la taille des grains est petite, ce qui améliore considérablement le rendement en zr et fournit une bonne solution pour le raffinement des grains des alliages de magnésium de terres rares.