Ca和Y对Mg-1.5Zn合金热裂行为的影响

doi:10.11901/1005.3093.2016.778

材料研究学报

2017, Vol. 31

Issue (8): 561-568 DOI: 10.11901/1005.3093.2016.778

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Ca和Y对Mg-1.5Zn合金热裂行为的影响

王志¹(

), 周野¹, 周乐², 李一洲¹, 毛萍莉¹, 刘正¹, 王峰¹

1 沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳 110870
2 辽宁科技大学材料与冶金学院鞍山 114051

Effect of Ca or Y Addition on Hot Tearing Behavior of Mg-1.5Zn Alloys

Zhi WANG¹(

), Ye ZHOU¹, Le ZHOU², Yizhou LI¹, Pingli MAO¹, Zheng LIU¹, Feng WANG¹

1 School of Materials Science and Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China
2 School of Material and Metallurgy, University of Science and Technology Liaoning, Anshan 114051, China

引用本文:

王志, 周野, 周乐, 李一洲, 毛萍莉, 刘正, 王峰. Ca和Y对Mg-1.5Zn合金热裂行为的影响[J]. 材料研究学报, 2017, 31(8): 561-568.
Zhi WANG, Ye ZHOU, Le ZHOU, Yizhou LI, Pingli MAO, Zheng LIU, Feng WANG. Effect of Ca or Y Addition on Hot Tearing Behavior of Mg-1.5Zn Alloys[J]. Chinese Journal of Materials Research, 2017, 31(8): 561-568.

全文: PDF(3502 KB) HTML

摘要:

采用具有凝固收缩力和凝固温度采集系统的约束杆(CRC)热裂测试装置研究了Ca和Y(2%, 3%, 质量分数)两种元素对Mg-1.5Zn合金热裂行为的影响,并通过石蜡渗透法测定合金裂纹体积。实验结果表明Mg-1.5Zn合金中添加Ca和Y元素后,由于脆弱区凝固温度范围缩小(△T)使合金的热裂敏感性(HTS)显著降低。另外,随着Ca和Y含量的增加合金的热裂敏感性进一步降低。通过热裂区域的微观组织观察发现由于Mg-Zn-3Ca和Mg-1.5Zn-3Y合金的低熔点共晶相增多使热裂纹可以在凝固末期被共晶液相补缩。热裂纹的微观断口表明热裂是由于凝固末期枝晶分离和液膜撕裂引起的,并且沿着晶界萌生和扩展。

关键词 ：金属材料, 热裂敏感性, 裂纹体积, 液膜, 共晶液相

Abstract：

The effect of Ca or Y (2 % and 3 %, mass fraction, respectively) on hot tearing behavior of Mg-1.5% Zn alloy was investigated using a constrained rod casting (CRC) apparatus equipped with a load cell and data acquisition system. Tear volumes were quantified by wax penetration method. The experimental results show that the addition of Ca or Y could significantly decrease the hot tearing susceptibility (HTS) of the Mg-1.5Zn alloys due to that they could reduce the solidification temperature range (ΔT) for vulnerable regions. The reduction in ΔT may correspondingly imply the decrease of the HTS. In addition, the HTS further reduces with the higher amount of Ca or Y. It is observed that some of the formed cracks are possible to be healed by the subsequent refilling of the remained liquids during the final solidification stage, while the propagation of hot cracks along the dendritic and grain boundaries may be ascribed to the interdendritic separation or liquid film rupture.

Key words： metallic materials hot tearing susceptibility crack volume liquid film eutectic liquid

收稿日期: 2016-12-29

ZTFLH:

TG146.2

基金资助:国家自然科学基金(51504153,51571145,51404137),辽宁省教育厅科学技术研究一般项目(L2015397)

作者简介:

作者简介王志,女,1983年生,博士,讲师

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图1 热裂行为测试装置示意图

图2 (a)Mg-1.5Zn-xCa(x=2,3)和Mg-1.5Zn-xY(x=2,3)合金热裂敏感性,(b)脆弱区域凝固温度变化随固相分数变化曲线

表1 Scheil模型计算不同Ca和Y含量的Mg-1.5Zn合金在不同凝固时间对应的温度(℃)

图3 Mg-1.5Zn-xCa(x=2,3)和Mg-1.5Zn-xY(x=2,3)合金凝固收缩力和冷却曲线的关系

表2 Mg-1.5Zn-xCa(x=2,3)和Mg-1.5Zn-xY(x=2,3)合金热裂的初始与扩展情况

表3 Mg-1.5Zn,Mg-1.5Zn-xCa(x=2,3)和Mg-1.5Zn-xY(x=2,3)合金的热裂裂纹形貌

图4 不同Ca和Y含量的Mg-1.5Zn合金热裂纹体积

图5 合金脆弱区温度范围△T与裂纹体积关系

图6 Mg-1.5Zn-xCa(x=2,3)和Mg-1.5Zn-xY(x=2,3)合金裂纹处显微组织

图7 Mg-1.5Zn-xCa(x=2,3)和Mg-1.5Zn-2Y合金热裂纹处断口及EDS分析

表4 Mg-1.5Zn-xCa和Mg-1.5Zn-xY合金共晶液相摩尔分数

[1]	Yan Y Q, Zhang T J, Deng J, et al.Research and development of heat resistant Mg alloys[J]. Rare Met. Mat. Eng., 2004, 33: 561(闫蕴琪, 张廷杰, 邓炬等. 耐热镁合金的研究现状与发展方向[J]. 稀有金属材料与工程, 2004, 33: 561)
[2]	Liu Z, Wang Y, Wang Z G, et al.Developing trends of research and application of magnesium alloys[J]. Chin. J. Mater. Res., 2000, 14(5): 449(刘正, 王越, 王中光等. 镁基轻质材料的研究与应用[J]. 材料研究学报, 2000, 14(5): 449)
[3]	Eskin D G, Suyitno, Katgerman L.Mechanical properties in the Semi-Solid state and hot tearing of aluminum alloys[J]. Prog. Master Res., 2004, 49: 629
[4]	Zhou L, Huang Y D, Mao P L, et al.Influence of composition o hot tearing in binary Mg-Zn alloys[J]. Int. J. Cast Met. Res., 2011, 24(3-4): 170
[5]	Sandloebes S, Friak M, Zaefferer S, et al.The relation between ductility and stacking fault energies in Mg and Mg-Y alloys[J]. Acta Metall., 2012, 60(6-7): 3011
[6]	Chen T J, Zhang D H, Wang W, et al.Effects of Y content on microstructures and mechanical properties of as-cast Mg-Zn-Nd alloys[J]. China Foundry, 2015, 12(5): 339
[7]	Liu Z, Zhang Y, Mao P L, et al. Effect of Ca on hot tearing susceptibility of Mg-Zn alloy [J]. J. Shenyang Univ. Technol., 2013(6):(刘正, 张越, 毛萍莉等. Ca对Mg-Zn合金热裂敏感性的影响[J] 沈阳工业大学学报, 2013(6): 624)
[8]	Zhang B P, Wang Y, Geng L, et al. Effects of calcium on texture and mechanical properties of hot-extruded Mg-Zn-Ca alloys [J]. Mater. Sci. Eng., 2012, A 539(2): 56
[9]	Somekawa H, Mukai T. High strength and fracture toughness balance on the extruded Mg-Ca-Zn alloy [J]. Mater. Sci. Eng., 2007, A 459(1-2): 366
[10]	Zhen Z S, Hort N, Huang Y D, et al. Quantitative determination on hot tearing in Mg-Al binary alloys [J]. Mater. Sci. Forum, 2009, 618-619: 533-540
[11]	Clyne T W, Davies G J.The influence of composition on solidification cracking susceptibility in binary alloys systems[J]. The British Foundryman, 1981, 74: 65
[12]	Gunde P, Schiffl A, Uggowitzer P J.Influence of yttrium additions on the hot tearing susceptibility of magnesium-zinc alloys[J]. Mater. Sci. Eng. A, 2010, 527(26): 7074
[13]	Wang Z, Huang Y D, Srinivasan A, et al.Hot tearing susceptibility of binary Mg-Y alloy castings[J]. Mater. Design, 2013 47(9): 90
[14]	Feng Y, Mao P L, Liu Z, et al.Hot tearing susceptibility of MgZn4.5YxZr0.5 alloys and mechanism[J]. China Foundry, 2016 13(3): 159
[15]	Zhou L.Investigation on hot tearing susceptibility and mechanism for Mg-Zn-Al alloys [D]. Shenyang: Shenyang University of Technology, 2011(周乐. Mg-Zn-(Al)系热裂敏感性及其微观机理研究, 沈阳: 沈阳工业大学, 2011)
[16]	Ding H, Fu H Z.Influence of composition on hot cracking tendency of directionally solidified Al-Cu alloy[J]. Acta Metall. Sin., 1995, 31(8): 376(丁浩, 傅恒志. 化学成分对定向凝固Al-Cu合金热裂倾向的影响[J]. 金属学报, 1995, 31(8), 376)
[17]	Farup I, Drezet J M, Rappaz M.In situ observation of hot tearing formation in succinonitrile-acetone[J]. Acta Metall., 2001, 49(7):1261
[18]	Huang Y D, Wang Z, Srinivasan A, et al. Metallurgical characterization of hot tearing curves recorded during solidification of magnesium alloys [J]. Acta Phys. Pol., 2012, A 122(3): 497
[19]	Shavadia J, Zheng, Y Maleki N D, et al. Effect of Zn addition on hot tearing behavior of Mg-0.5Ca-xZn alloys[J]. Mater. Design, 2015, 87: 157

[1]	毛建军, 富童, 潘虎成, 滕常青, 张伟, 谢东升, 吴璐. AlNbMoZrB系难熔高熵合金的Kr离子辐照损伤行为[J]. 材料研究学报, 2023, 37(9): 641-648.
[2]	宋莉芳, 闫佳豪, 张佃康, 薛程, 夏慧芸, 牛艳辉. 碱金属掺杂MIL125的CO₂ 吸附性能[J]. 材料研究学报, 2023, 37(9): 649-654.
[3]	赵政翔, 廖露海, 徐芳泓, 张威, 李静媛. 超级奥氏体不锈钢24Cr-22Ni-7Mo-0.4N的热变形行为及其组织演变[J]. 材料研究学报, 2023, 37(9): 655-667.
[4]	邵鸿媚, 崔勇, 徐文迪, 张伟, 申晓毅, 翟玉春. 空心球形AlOOH的无模板水热制备和吸附性能[J]. 材料研究学报, 2023, 37(9): 675-684.
[5]	幸定琴, 涂坚, 罗森, 周志明. C含量对VCoNi中熵合金微观组织和性能的影响[J]. 材料研究学报, 2023, 37(9): 685-696.
[6]	欧阳康昕, 周达, 杨宇帆, 张磊. 含LPSO相Mg-Y-Er-Ni合金的组织和拉伸性能[J]. 材料研究学报, 2023, 37(9): 697-705.
[7]	徐利君, 郑策, 冯小辉, 黄秋燕, 李应举, 杨院生. 定向再结晶对热轧态Cu71Al18Mn11合金的组织和超弹性性能的影响[J]. 材料研究学报, 2023, 37(8): 571-580.
[8]	熊诗琪, 刘恩泽, 谭政, 宁礼奎, 佟健, 郑志, 李海英. 固溶处理对一种低偏析高温合金组织的影响[J]. 材料研究学报, 2023, 37(8): 603-613.
[9]	刘继浩, 迟宏宵, 武会宾, 马党参, 周健, 徐辉霞. 喷射成形M3高速钢热处理过程中组织的演变和硬度偏低问题[J]. 材料研究学报, 2023, 37(8): 625-632.
[10]	由宝栋, 朱明伟, 杨鹏举, 何杰. 合金相分离制备多孔金属材料的研究进展[J]. 材料研究学报, 2023, 37(8): 561-570.
[11]	任富彦, 欧阳二明. g-C₃N₄ 改性Bi₂O₃ 对盐酸四环素的光催化降解[J]. 材料研究学报, 2023, 37(8): 633-640.
[12]	王昊, 崔君军, 赵明久. 镍基高温合金GH3536带箔材的再结晶与晶粒长大行为[J]. 材料研究学报, 2023, 37(7): 535-542.
[13]	刘明珠, 樊娆, 张萧宇, 马泽元, 梁城洋, 曹颖, 耿仕通, 李玲. SnO₂ 作散射层的光阳极膜厚对量子点染料敏化太阳能电池光电性能的影响[J]. 材料研究学报, 2023, 37(7): 554-560.
[14]	秦鹤勇, 李振团, 赵光普, 张文云, 张晓敏. 固溶温度对GH4742合金力学性能及γ' 相的影响[J]. 材料研究学报, 2023, 37(7): 502-510.
[15]	刘天福, 张滨, 张均锋, 徐强, 宋竹满, 张广平. 缺口应力集中系数对TC4 ELI合金低周疲劳性能的影响[J]. 材料研究学报, 2023, 37(7): 511-522.

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