變形鎂合金鑄錠裂紋
2019-12-06 14:27 ?瀏覽：次
同鋁合金一樣，鎂合金鑄錠也常常顯現(xiàn)裂紋，不過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。
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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