锶化合物细化镁合金晶粒的遗传行为及机理研究

The contribution of grain refinement on mechanical properties for magnesium alloys is far better than traditional structural materials, such as steel and aluminum alloy. Studies show that strontium have good grain refining effect on magnesium alloys, for some alloys the grain refinement efficiency even reach up to 50%. Structure heredity of grain refiners have been extensively validated in steel materials and aluminum alloys, but lack of study on magnesium alloy. Based on this, it is necessary to study structure heredity in grain refinement of magnesium alloy by strontium containing compounds and its mechanism. The project, study with the influence of different strontium master alloy type, the controlling of preparation processing and microstructure to study on the difference and rules of grain refinement efficiency for magnesium alloys treated by Sr containing compounds. The interactions between typical elements in magnesium alloys, the interfaces structure and crystal orientation relationships between the strontium containing compounds and the matrix are studied by phase diagram thermodynamics and kinetics calculation methods, so as to get a comprehensive study on structure heredity and its mechanisms, and therefore developed an organization design criteria and theory for effectively strontium containing compounds of magnesium alloys.

晶粒细化对镁合金力学性能的贡献远优于传统结构材料，如钢铁材料和铝合金。研究表明锶对镁合金有很好的晶粒细化效果，对某些镁合金的晶粒细化效率能达到50%以上。晶粒细化剂的组织遗传性在铝合金、钢铁材料中得到了广泛的验证，在镁合金的研究还较缺乏，基于此有必要探索锶化合物在镁合金晶粒细化中的组织遗传性并对镁合金晶粒细化机理进行研究。本项目从锶中间合金的成分选择、制备加工及组织控制入手，研究锶化合物不同条件下细化镁合金晶粒的差异及规律，结合相图热力学和动力学计算方法研究镁合金中典型元素之间的交互作用，锶化合物与镁基体之间的界面结构与晶体学位向关系等，全面研究锶化合物在镁合金的晶粒细化中的组织遗传性及机理，提出镁合金晶粒细化用高效锶中间合金开发的组织设计准则，为镁合金尤其是铸造镁合金晶粒细化用高效锶中间合金的类型选择、成分设计和制备加工提供理论。

研究表明，锶化合物状态及成分不同对晶粒细化效果有一定的影响，但其引起差异的原因及及晶粒细化机理，鲜见报道。本项目通过研究锶添加量、锶中间合金的添加形式、中间合金类型、熔体保温温度和熔体保温时间等对锶细化AZ31镁合金组织影响规律，从而研究分析锶在处理AZ31镁合金熔体过程中的组织遗传性及晶粒细化机理。得到的主要研究结果如下：锶在细化AZ31镁合金组织的过程中有很强的组织遗传性，在相同条件下以Mg-Sr中间合金形式添加锶较以Al-Sr中间合金形式添加锶获得更高的晶粒细化效率。在740℃熔体保温温度下，Mg-Sr中间合金的晶粒细化效果较Al-Sr中间合金好。而在780℃熔体保温温度下，Al-Sr中间合金在长的熔体保温时间条件下能获得较Mg-Sr中间合金更高的细化效率。合金状态也有着很强的遗传性，对于Al-Sr中间合金，重熔快速凝固态晶粒细化效果好于商用原始态、热处理态和变形态。对于Mg-Sr中间合金，变形态晶粒细化效果最好。锶中间合金细化AZ31镁合金晶粒的差异主要与中间合金中的Al4Sr和Mg17Sr2相分解和/或熔解为游离态锶的速率不同有关。细小均匀的第二相更容易分解，从而能得到更佳的晶粒细化效率。本项目的研究对工程应用中引入锶细化剂的方式有着一定的借鉴意义，本项目组在后续高强合金开发中借鉴了本项目的研究成果，取得了很好的效果。