超声处理对ZK60-X合金凝固组织的影响

　　镁合金由于具有密度小、比强度高、抗震性能优、热导率高、尺寸稳定性好、切削加工性好且产品易于回收利用等优点，是结构材料轻量化的重要选择，具有重要的发展前景[1，2]，但镁合金的强度和耐热性等使用性能亟待提高[3，4]。稀土元素具有净化镁合金、改善其组织和铸造性能、提高合金室温及高温强度等作用[5]。通过稀土等元素合金化是提高镁合金使用性能的重要途径，但大量添加稀土元素不仅降低了合金的工艺性能，更显著增加了材料成本，降低了经济性。因此，低稀土合金化是目前高性能镁合金开发的趋势[6，7]。目前，镁合金析出强化有限，而细晶强化效果显著，因此，通过细化晶粒实现镁合金材料强化是主要途径之一[5]。ZK60合金是目前商用合金中的高强镁合金，具有较高的强度和良好的塑性[6]。对ZK60合金进行改进是进一步改善其性能的重要途径。我国自主开发的MB25和MB26镁合金即为在ZK60中进一步添加质量分数为1%的Y或含Y混合稀土得到的。大量研究表明，镁合金熔体超声处理可以显著细化其凝固组织[8]，并实现强度与塑性的共同提高[9]。

　　本课题在ZK60镁合金的基础上添加少量Y和Nd元素或Ag，并对熔体进行超声处理，研究超声对经添加不同元素后的ZK60镁合金凝固组织的影响规律，为ZK60合金的改进提供参考。

　　1　试验方法

　　Mg和Zn使用工业纯Mg和纯Zn加入，Y、Nd等采用中间合金加入，Ag(纯度为99.95%)以单质加入，在电阻炉中以CO2和SF6为保护气体熔炼ZK60合金、ZK60-1Y合金、ZK60-1Y-1Nd合金、ZK60-1Y-0.5Ag合金、ZK60-0.2Nd合金。把4种合金分别在坩埚中加热熔化到 设定温度后，对熔体进 行不加 超 声和200、600W超声处理(超声处理设备见图1)，处理30s后直接对熔体进行水冷。试样采用标准金相试样制备，用体积分数为4%的硝酸酒精腐蚀5～10s，利用Leica显微镜的配套图像分析软件对组织进行分析。

　　2　结果与讨论

　　2.1　ZK60基体合金的凝固组织

　　由图2可看出ZK60合金凝固组织较均匀，晶粒平均尺寸为45.4μm，晶界有析出相。

　　2.2　熔体超声处理对ZK60-X合金铸态组织的细化效果

　　图3为ZK60-X合金凝固组织，图3a为未加超声处理ZK60-1Y-1Nd，图3c为未加超声处理的ZK60-1Y。与图2中ZK60合金铸态组织相比，可以发现晶粒有些粗化，未加超声处理的ZK60-1Y-1Nd略有蔷薇化倾向，但析出物少，晶界干净。图3e为未加超声处理ZK60-1Y-0.5Ag、图3g为 未加超声处理的ZK60-0.2Nd。与 图2中ZK60合金铸态组织相比，发现晶粒稍有细化，未加超声处理的ZK60-1Y-0.5Ag晶粒有圆整化趋势。可见未加超声时合金元素对晶粒细化效果不明显，ZK60-1Y-1Nd、ZK60-1Y甚至有粗化现象。