浅论镁合金晶粒细化的方法和意义
AZ31镁合金组织性能的影响分析
摘要挤压变形AZ31镁合金组织以绝热剪切条纹和细小的α再结晶等轴晶为基本特征。
挤压变形可显著地细化镁合金晶粒并提高镁合金的力学性能。
随挤压比的增大,晶粒细化程度增加,晶粒尺寸由铸态的d400μm减小到挤压态的d12μm(min);强度、硬度随挤压比的增大而增大,延伸率在挤压比大于16时呈单调减的趋势。
轧制变形使板材晶粒明显细化,硬度提高。
AZ31合金中添加Ce,其铸态组织中能够形成棒状Al4Ce相,并能改善合金退火态组织和力学性能;添加Ce可以改善AZ31的综合力学性能。
关键词:AZ31变形镁合金;强化机制；组织；性能绪论20世纪90年代以来,作为最轻金属结构材料的镁合金的用量急剧增长,在交通、计算机、通讯、消费类电子产品、国防军工等诸多领域的应用前景极为广阔,被誉为“21世纪绿色工程材料”,许多发达国家已将镁合金列为研究开发的重点。
大多数镁合金产品主要是通过铸造生产方式获得,变形镁合金产品则较少。
但与铸造镁合金产品相比,变形镁合金产品消除了铸造缺陷,组织细密,综合力学性能大大提高,同时生产成本更低,是未来空中运输、陆上交通和军工领域的重要结构材料。
目前，AZ31镁合金的应用十分广泛,尤其用于制作3C产品外壳、汽车车身外覆盖件等冲压产品的前景被看好,正成为结构镁合金材料领域的研究热点而受到广泛重视。
第1章挤压变形对AZ31镁合金组织和性能的影响1.1 挤压变形组织特征及挤压比的影响作用图1-1为动态挤压变形过程中的组织变化。
动态变形过程大致分为3个区域:初始区、变形区和稳态区，分别对应着不同的组织。
图1-1a为初始区挤压变形前的铸态棒料组织。
由粗大的α-Mg树枝晶和分布其间的α-Mg+Mg17Al12共晶体组成,枝晶形态十分发达，具有典型的铸造组织特征。
晶粒尺寸为112~400μm。
图1-1b为变形区近稳态区组织。
图中存在大量无序流线,流线弯曲度大、方向不定且长短不一，显然这种组织特征是在挤压力作用下破碎的树枝晶晶臂(α固溶体)发生滑移、转动的结果。
镁合金论文
AZ91粉末状镁合金的氢化处理及组织演变摘要镁合金是目前最轻的金属结构材料具有比强度高、比刚度高、耐腐蚀、切削加工性能好、易于回收利用等一系列的优点，因而有着极其重要的应用价值与广阔的应用前景。
但是，现有镁合金常温下的塑性变形能力和塑性加工性能仍然较低，限制了其应用。
因此，提高各类镁合金的强度，改善其塑性，是拓展镁合金应用领域推动镁合金发展的关键。
通过细化晶粒制备纳米晶镁合金，能够提高现有各类镁合金材料的强度和塑性，是发展镁合金的有效途径。
当镁合金粉末经氢化—歧化—脱氢—重组工艺处理后，粉末的微观组织被大幅度细化到纳米级。
进一步研究发现，当粉末经脱氢重组后，其晶粒虽有所长大，但仍可保持在纳米级，这一过程被称为HDDR处理。
本文主要研究粉末状镁合金的氢化过程及温度、氢压对氢化过程的影响。
本研究选择应用广泛的AZ91镁合金。
采用“镁合金氩气中磨制成粉末→氢化处理→真空脱氢→组织性能分析测试”的工艺路线，来研究粉末状镁合金的氢化脱氢过程，对其微观结构，相组成的变化进行研究。
利用X 射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜（SEM）对镁中MgH2的体积分数和表面形貌的变化进行分析。
由于实验仪器出了故障，本次试验需先将仪器修理完善。
关键词：AZ91镁合金，HDDR处理，氢化反应，晶粒细化，纳米晶材料HYDROGEN PROCESSING AND MICROSTRUCTURE EVOLUTION OF AZ91 MAGNESIUM ALLOYABSTRACTMagnesium alloys is the lightest metallic structural material. Due to the unique properties, such as high specific strength and rigidity, easy to recycle and so on, they have great potential for structural applications. However, because of the plastic deformability of magnesium alloys is quite poor at room-temperature, which is an intrinsic drawback to limit their applications. So, enhancing the strength and deformability of magnesium alloy is the key to expand their applications and promote the development of magnesium alloy industry. Grain refinement is the effectual way to enhancing the strength and deformability of Mg alloy.When the magnesium alloy material was treated by hydrogenation- disproportionation-dehydrogenation-restructuring process, the microstructure of the material has been substantially refined to the nanoscale. Further studies shows that the material has been treated by dehydrogenation and restructuring process, its grains would grow up, but still remained at the nanoscale, which is called HDDR processing. The paper mainly studies how the surface of block magnesium alloy is hydrogenated and how the temperature and hydrogenpressure effect to the hydrogenation.In this study, AZ91 has been used, which is currently the most popular magnesium alloy. We study the hydrogenation and dehydrogenation process of the block magnesium alloys, its microstructure, phase composition and surface morphology by “magnes ium alloy ingotslices polishing–hydrogenated–vacuum dehydrogenation–organizations perf ormance analysis test” process. The volume fraction of MgH2 in Mg and changes of the surface topography were analyzed using X-ray diffraction and scanning electronmicroscopy analysis, respectively.KEY WORDS: AZ91 magnesium alloy, HDDR processing, hydrogenation, grain refinement, nanocrystalline materials目录第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 镁及镁合金的概述 (1)1.2.1 镁合金的优异性能 (3)1.3 镁合金的发展及应用 (4)1.3.1 镁合金的发展 (4)1.3.2 镁合金在国防、航空航天工业及汽车中的应用 (5)1.4 镁合金材料的分类及研究状况 (6)1.4.1 细晶镁合金的制备工艺及发展现状 (7)1.4.2 强应变塑性变形晶粒细化技术 (8)1.4.3 快速凝固粉末冶金细晶工艺技术 (9)1.4.4 氢化处理细晶强化镁合金工艺技术 (10)1.5 本课题的目的及意义 (11)1.6 本文的研究内容 (12)第二章实验材料、设备及方法 (13)2.1 实验材料 (13)2.2 实验主要设备 (14)2.3 试样的制备 (15)2.4 组织结构分析 (15)2.4.1 射线衍射分析 (16)2.4.2 金相显微镜分析 (16)2.4.3 扫描电镜分析 (17)2.5 实验工艺方法与过程 (17)2.5.1 试验工艺方法的确定 (17)2.5.2 试验操作流程 (18)第三章氢化处理粉末状镁合金的氢化反应机理 (20)3.1 引言 (20)3.2 镁合金的氢化反应机理 (20)3.2.1 氢分子在镁合金表面的解离吸附 (20)3.2.2 氢离子在镁合金内的扩散与反应 (21)3.3 镁合金氢化过程的影响因素 (21)3.3.1 镁合金自身因素对氢化反应的影响 (21)3.3.2 外界因素对氢化反应的影响 (23)3.3.3 AZ91镁合金氢化处理后的组织演变及分析 (23)3.3.4 镁合金氢化处理前后的组织结构 (24)第四章结论 (27)参考文献 (28)致谢 (30)附录一外文文献原文 (32)附录二外文文献翻译 (36)第一章绪论1.1 引言镁是地壳中分布最广的元素之一，占地壳重量的2.77%，为第四个最丰富的金属元素(位于Al、Fe、Ca)之后。
合金元素细化晶粒
合金元素细化晶粒
合金元素细化晶粒是通过添加一定量的合金元素，改变原有合金的组成来实现的。
这种方法可以显著提高合金的力学性能和耐腐蚀性能，特别是在高温和强腐蚀环境下更为明显。
合金元素细化晶粒的机制主要是通过合金元素的溶解和扩散使晶体内部形成更细小的晶粒。
合金元素的添加可以改变合金的晶格结构，使晶界能量减小，晶界迁移速度加快，从而促进晶粒的细化。
此外，一些合金元素还可以抑制晶粒长大，起到稳定晶界的作用。
目前，合金元素细化晶粒的应用范围非常广泛，特别是在高性能合金的制备中应用较为广泛。
例如，合金元素铌、钛等可以在镍基高温合金中起到显著的细化晶粒作用，使合金的高温性能得到极大的提高。
同时，铬、钼等合金元素也能有效地提高合金的耐腐蚀性能。
总的来说，合金元素细化晶粒是一种优秀的合金制备技术，具有重要的科学意义和应用价值。
随着科学技术的不断发展，相信合金元素细化晶粒在未来会有更加广泛的应用。
- 1 -。
细化晶粒的方法有哪些
细化晶粒的方法有哪些
细化晶粒的方法有以下几种：
1. 均匀化退火：通过长时间的加热和冷却过程，使晶粒重新长大并均匀分布。
2. 喷射型晶粒细化：通过将熔融金属迅速喷射到水中或其他冷却介质中，使晶粒迅速凝固，从而得到细小的晶粒。
3. 稀土元素添加：稀土元素具有良好的细化晶粒效果，可以通过添加微量的稀土元素来实现晶粒细化，如镁合金中添加镧等稀土元素。
4. 化学法细化：通过在金属熔体中加入一些化学试剂，如钛、锆和锂等，形成金属化合物或其他反应物，从而实现晶粒细化。
5. 机械压制法：通过机械压制工艺，如等径挤压、轧制等，使晶粒发生塑性变形和细化。
6. 电磁场细化法：通过施加高频电磁场或强磁场，可以促使晶粒在熔体中细化。
以上是一些常见的细化晶粒的方法，具体使用哪种方法取决于材料的性质和应用要求。
晶粒细化的原理
晶粒细化的原理嘿，咱今儿来聊聊晶粒细化的原理呀！你说这晶粒细化，就好比是把一个大面团分成好多小面团。
这大面团呢，就像是粗晶粒，那小面团自然就是细晶粒啦。
你想啊，这晶粒要是粗粗大大的，那材料的性能能好吗？就好像盖房子用的砖头，要是砖头都奇形怪状、大大小小的，那这房子能盖得结实吗？肯定不行呀！所以呢，我们要把晶粒变细，让它们整整齐齐、规规矩矩的。
那怎么才能做到晶粒细化呢？这就有好多门道啦！就跟咱过日子似的，得有各种小窍门。
一种办法呢，就是控制冷却速度。
就好比夏天吃冰棍儿，你要是慢慢吃，那冰棍儿化得就快，要是快点吃，就能保持住它的形状。
材料也是一样，冷却得快，晶粒就没那么容易长大，就被细化啦。
还有啊，可以通过添加一些特殊的元素来帮忙。
这就好像做菜的时候加点调料，味道就不一样了。
这些特殊元素能阻碍晶粒长大，让它们没法肆无忌惮地长个儿，这不就细了嘛。
再说说变形处理。
这就好比揉面，你多揉几下，面团就更细腻了。
材料经过变形，晶粒也会被重新排列，变得更细小。
你说这晶粒细化重要不重要？那当然重要啦！细晶粒的材料强度高、韧性好，就跟个全能选手似的。
要是晶粒粗，那可就麻烦喽，说不定轻轻一碰就碎了。
你看那些高质量的金属制品，为啥质量那么好？不就是因为人家晶粒细化做得好嘛！咱要是能把晶粒细化的技术学好了、用好了，那能做出多少好东西来呀！咱再想想，要是所有的材料都能有很好的晶粒细化效果，那我们的生活得变得多美好呀！汽车更结实了，飞机更安全了，各种工具也都更耐用了。
所以啊，晶粒细化可真是个了不起的事儿，咱可不能小瞧了它。
咱得好好研究它，把它的奥秘都给弄清楚，让它为我们的生活添彩！这就是我对晶粒细化原理的理解，你觉得怎么样呢？是不是挺有意思的呀！。
镁合金的热处理与力学性能研究
镁合金的热处理与力学性能研究镁合金作为一种轻质高强度材料，具有广泛的应用前景。
但是，由于镁合金的低熔点和高固溶度，使得其在加工和使用过程中容易发生晶粒长大、力学性能下降等问题。
因此，研究镁合金的热处理方法以及其对力学性能的影响，对于进一步提高镁合金的应用性能具有重要意义。
一、热处理方法1. 固溶处理固溶处理是对镁合金进行热处理的一种常用方法。
通过在高温下加热镁合金，使其中的合金元素溶解于基体中，然后在适当的速度下冷却，从而达到改善镁合金组织和性能的目的。
2. 时效处理时效处理是指在固溶处理后，将镁合金在适当的温度下保持一段时间，以促进析出相的形成和组织的稳定。
3. 淬火处理淬火处理是通过将加热至高温的镁合金迅速冷却至常温，以改变其组织和性能的方法。
淬火能够使镁合金中的相转变、晶粒细化，并提高材料的强度和硬度。
二、热处理对力学性能的影响1. 强度和硬度的提高热处理能够减少镁合金中的晶界、亚晶界和位错，促使其晶粒细化，从而提高了材料的强度和硬度。
此外，通过合理的热处理方法，还能促使析出相的形成，进一步提高镁合金的力学性能。
2. 可塑性的改善热处理能够改善镁合金的可塑性，降低其断裂韧性，从而增加了材料的加工性能。
通过热处理使镁合金中的晶粒细化和析出相的形成，能够提高材料的成形能力，减少加工过程中的损伤和断裂。
3. 耐腐蚀性能的提升热处理可以减少镁合金中的含氧化物和含气孔，改善材料的表面质量和耐腐蚀性能。
热处理还能够促使形成致密的氧化膜，提高材料的耐蚀性和耐氧化性。
三、热处理工艺优化的研究针对不同类型的镁合金，研究者通过调整热处理工艺参数，优化镁合金的组织和性能。
例如，通过改变固溶处理温度、时效处理时间和淬火速度等工艺参数，可以实现镁合金力学性能的最佳化。
此外，还可以通过引入微合金元素、添加合适的强化相等方法来改善镁合金的力学性能。
研究者们也通过采用不同的热处理方法结合其他表面处理技术，如电沉积、喷涂等，进一步提高镁合金的耐腐蚀性、磨损性和疲劳寿命等。
Y对AZ31镁合金晶粒细化作用的研究
２０ ０ ８年 Ｎ ２ ｏ
铝
镁
通
讯
・２ ・ ９
Ｙ 对 ＡＺ 合 金 晶粒 细 化 作 用 的研 究 ３ １镁
梁冬梅 赵 群 褚丙武 姚素娟 张 英
（ 中国铝 业郑 州研 究院 ，河南 郑 州
４０４ ） ５ ０ １
摘
要 ：通 过 在 Ａ ３ 镁 合 金 中加 入 稀 土 元 素 Ｙ， 用金 相 分 析 、ＥＭ、 ＤＸ、 ｚ１ 采 Ｓ Ｅ Ⅺ 等 手 段 ， 究 Ｙ 对 合 金 的 晶粒 细化 研
Ｓ Ｎ１ Ｕ ０测定 室温拉伸 性能 ， 拉伸 后试 样 断 口形貌 对
液、 变质组织、 提高力学性 能和蠕变性能等作用［ 。
本文采 用稀 土 元 素 Ｙ 对 Ａ ３ Ｚ １镁 合 金 进 行 细 化 处
理， 研究 了 Ｙ对 Ａ ３ Ｚ １镁合 金 微 观 组织 及 力 学性 能
的影 响 ， 并探 讨 了晶粒 细化机 理 。
效 果 ， 通过 拉 伸 实验 以及 断 口分析 ， 察 了晶 粒 细化 效 果 对 材料 力 学 性 能 的 影 响 ， 对 细 化 机 理 进 行 了探 讨 。 结 果 井 考 井
表明 ， Ｚ ｌ合金 中添加 微量 稀 土元素 Ｙ， Ａ３ 晶粒 可明显 细化为均 匀细 小的等轴 晶， 由未细化 的 ４ ０ａ ０ ｔｎ细化至 ４ ０～ ５ ｔ 合金 的力学性能得到提 高。Ｙ与合金 中的 结合生成高熔点 、 ０ｔ ｍ， 高热稳定的稀土相 ＡｍＹ， 造成凝 固过程 中固液
化工 艺 为等径 角挤压 、 比率挤 压 、 速凝 固粉末 冶 大 快 金等 工艺 ， 虽然 细化 效 果 显 著 ， 对 设 备要 求 较 高 ， 但 难 以实现 大规模 生产 。而 采， 粗磨 、 经 细磨 及 抛光 ，
底吹转炉钢中氧化镁对晶粒细化的影响与调控方法
底吹转炉钢中氧化镁对晶粒细化的影响与调控方法晶粒细化是钢材制造过程中的一个重要参数，直接影响到钢材的力学性能和工艺性能。
底吹转炉钢制造过程中，加入适量的氧化镁可以有效地促进晶粒细化，提高钢材的机械性能。
本文将从氧化镁对底吹转炉钢中晶粒细化的影响和调控方法两个方面进行探讨。
首先，氧化镁对底吹转炉钢中晶粒细化有重要影响。
底吹转炉钢生产过程中，通过向钢水中添加氧化镁，可以有效改变钢水中的化学成分和温度分布，进而影响晶粒形貌和尺寸。
氧化镁可以与钢中的硫、氧等元素进行化学反应，生成硫化镁和氧化镁等化合物。
这些化合物在钢水中具有活性，能够提供良好的晶核和晶界能量，促进晶粒细化。
此外，氧化镁还可以吸收钢水中的氢元素，减少钢中的氢偏析，进一步改善晶粒细化效果。
其次，调控方法对氧化镁在底吹转炉钢中的作用具有重要意义。
首先，添加剂选择是调控氧化镁效果的关键。
根据钢水中的化学成分和温度，合理选择添加剂的品种和用量，确保氧化镁能够与其他元素发生适当的化学反应。
其次，搅拌工艺对氧化镁作用效果也有很大影响。
通过合理的搅拌工艺，可以提高氧化镁与钢中元素的接触效率，增加晶核形成的机会，进而促进晶粒细化。
此外，控制转炉操作参数如温度、压力、增加氧气或氮气等，也可以通过调节化学反应速率和晶体生长速率，优化氧化镁对晶粒细化的影响。
在实际生产中，为了进一步提高氧化镁的晶粒细化效果，有两种常用的调控方法。
一种是通过调整添加剂的化学成分和用量，选择具有更好晶粒细化效果的添加剂。
目前，一些新型的复合添加剂被广泛研究和应用。
这些复合添加剂可以在氧化镁的基础上加入其他元素，如碳、硅、铝等，形成复合氧化物或化合物。
这些复合添加剂能够进一步提高晶核形成和晶粒生长的效果，促进晶粒细化。
另一种方法是通过表面活性剂的使用，改善氧化镁与钢水中其他元素的接触和反应效果。
表面活性剂可以与钢水中的氧、硫等元素形成缓蚀膜，保护氧化镁在钢水中的活性和稳定性，延长其作用时间，提高晶粒细化效果。
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WORD格式可编辑 专业知识整理分享 浅谈镁合金晶粒细化的方法和意义 重庆大学材料科学与工程学院材料科学专业 摘要 简述了镁合金的工程运用现状和细化晶粒的益处；以镁合金晶粒细化方法为主线，
对镁合金在熔体阶段的过热处理、添加变质剂、物理场法、动态晶粒细化和快速凝固法，以及镁合金固态阶段的锻造、挤压、轧制和剧烈塑性变形等细化晶粒的方法进行了总结。同时，归纳了镁合金细化晶粒的意义。
关键词 镁合金 晶粒细化 熔体 固态形变
1 背景介绍 纯镁是银白色金属，熔点651℃，密度为1.74×103kg/m3，是最轻的工程金属[1]。镁合金具有密度低、比强度高、比刚度高、减振和抗冲击性能好等优点，而且还具有较好的尺寸稳定性和机械加工性能及低廉的铸造成本。在汽车、电子、通信、航空航天、国防和3C等行业都拥有广泛的应用前景。但是镁合金密排六方的晶体结构特点，决定了在室温条件下独立滑移系少，导致室温塑性低、变形加工困难和变形容易开裂等阻碍了镁合金材料的广泛应用。其次，镁合金强度偏低，无法应用于受力较大的工程环境，也成为镁合金大规模运用的一大瓶颈。所有提高镁合金的室温塑性变形能力和强度有利于镁合金工程应用的普及和推广[2~5]。 细化晶粒是唯一可以提高金属构件强度的同时，又提高塑性的方法。根据Hall-petch公式
210sdky，材料的强度随着晶粒尺寸的减小而增大。镁合金具有很大的系数ky，所
有，细化晶粒能够显著的提高镁合金的强度[6]。而且，由于有细小均匀晶粒的材料发生塑性变形时，各晶粒分担一定的变形量，使变形更加均匀，位错在晶界处塞积少，应力集中小，材料开裂的倾向减小，从而提高材料的塑性。
2 晶粒细化方法 目前用于工程和科研中有很多细化镁合金晶粒的方法，笔者综合相关论文报道将镁合金晶粒细化分为两个阶段细化：熔体阶段细化和固态形变处理细化。 2.1 熔体阶段细化 2.1.1 过热处理法 过热处理是浇注前将熔体温度升高并保持一段时间后再降温至浇注温度进行浇注的工艺过程。过热处理细化晶粒的机制是过热处理过程中形成了可以作为非均质结晶核心[7]。目前广泛认同的观点是Fe等元素在镁熔体中的溶解的随温度变化很显著，随着温度的降低，Fe在镁中溶解度急剧降低，在过热的熔体降温时，过热难容的铁将从液相中先析出，在凝固过程中成为α-Mg的异质形核基底。过热处理在一定程度上可以细化晶粒，但是也存在很多缺陷。例如，将熔体加热到高温镁合金熔体会因大量溶解气体和杂质而质量下降，从而降低合金的综合性能，所以，过热处理法在工业上应用很少。 2.1.2 添加变质剂 添加变质剂可以改善合金的铸造性能和加工性能，使铸件组织细小均匀，因而提高合金的强度和塑性。加入的变质剂必须满足6点：①高温下化学成分不变，在熔体中有足够的稳定性，不会发生分解；②变质剂熔点比基体高；③变质剂的晶格类型与基体的晶格应大致相近；④与被细化的熔体原子能形成较强的吸附键；⑤变质剂的密度与基体相差不大，不会在熔体中 WORD格式可编辑 专业知识整理分享 下沉或上浮；⑥变质剂必须清洁，表面无氧化物等[7]。 目前镁合金熔体的变质处理一般有两种方式： （1）向熔体合金中加入高熔点的第二相颗粒，如Al4C3和TiC等都是很好的镁及镁合金用的细化剂。 （2）向镁合金熔体中加入能够细化晶粒的合金元素，加入合金元素细化晶粒有两种机制[7,8]：①一些合金（如Zr和Ca）是由于加入镁合金后凝固过程中发生包晶反应而使晶粒得到细化；②有一些合金元素（如稀土元素Er）加入则是与镁或其他元素形成金属间化合物的第二相颗粒促进异质形核，或加一些稀土元素（如Y、Ce、Nd等）在合金凝固过程中造成固/液界面前沿成分过冷度增大或富集在晶界周围，阻碍第二相生成同时自身生成高熔点第二相阻碍晶粒的长大。 （1）向熔体加入第二相颗粒 当向熔体中加入第二相硬质颗粒促进镁液异质形核时，第二相颗粒晶体结构与α-Mg基体的匹配程度决定了这种颗粒的细化晶粒的效果。根据液体非均匀形核时的自由能变化[9]，某液体在与异质核心的润湿角为θ时，形成半径为r的晶核自由能变化
此时所需要的临界晶核半径 当θ=0基底与与核心完全润湿，ΔG非=0，即不需要形核功，基底本身可看作现成晶核，可以直接长大。当0ΔG均，此时为均匀形核。所以，加入的第二相形核质点与镁基体的润湿角越小越好，润湿角越小，晶核长大所需要的形核功就越小，单位体积内形核数量越多，即形核率提高，因此可以达到细化晶粒的效果。 （2）加入能够细化晶粒的合金元素 镁合金中加入相应的合金元素可以达到细化晶粒的效果，目前研究中通常加入Zr和Ca来细化晶粒。Zr对镁合金细化的主要机制是Emley[3]提出的包晶反应机制，Zr粒子在包晶温度下首先从熔体中析出并与镁熔体反应生成一层富Zr固溶体，直到剩余熔体中Zr含量下降至较低值，而且只有在包晶温度附近析出的那些Zr粒子才能起到促进熔体形核的作用，所以当Zr含量大于包晶成分，细化晶粒的作用不大。 向镁合金中加入稀土元素也是细化晶粒的重要方法，目前加入Y、Ce、Nd等稀土元素都广泛的用于镁合金设计的研究。余琨[5]发现在纯镁中加入少量（0.4~1.2%）稀土元素Ce、Nd可以将纯镁粗大的柱状晶完全转换为细小的等轴晶，在Mg-Al系AZ31合金中添加0.8%的稀土Ce、Nd，可以将晶粒平均尺寸从300μm细化到30μm左右。他提出这些稀土元素造成合金凝固过程中固/液界面前沿成分过冷度增大，形核率提高，从而达到细化晶粒的目的。稀土元素细化晶粒还可能由于具有表面活性的稀土在合金凝固过程中富集在晶界周围，阻碍二次相的生成，同时析出高熔点的第二相颗粒，阻止晶粒长大以减小晶粒尺寸。例如LI Rui-hong等[10]Mg-14Li-Al中加入Y和Sr，使晶粒从600μm降到230μm左右，这主要是由于Al2Y， Al4Sr 和Mg17Sr2等起到了阻碍晶界长大的作用。稀土元素还可以通过与基体镁形成金属间化合物形成形核核心，增大形核率来细化晶粒。如Zhang Jing等[8]在研究Er对镁合金晶粒尺寸影响是发现，单独的Er对Mg-Mn合金晶粒细化不明显，但在含Al的镁合金中，晶粒尺寸从铸态时900μm左右降到约150μm，这主要是由于生成了Al3Er第二相与镁基体错配度不大，促进异质形核。异质形核能力大小可通过计算第二相与基底的面错配度来决定，根据Bramfitt二维点阵错配度模型（晶核的指数面和基底相的指数面重合）
31hkl)cos(31iuvw
uvwuvwshkl
nin
inis
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dd，其中shkl是基底指数晶面，nhkl是晶核的指数
)4)(coscos32)(4(32334＋－－＝非rrGGLSVTHTkmLSrfσ2' WORD格式可编辑
专业知识整理分享 晶面，[uvw]n是(hkl)n上的低指数晶向，[uvw]s是(hkl)s上的低指数晶向，d[uvw]s和d[uvw]n是沿[uvw]s和[uvw]n晶向的点阵间距，是[uvw]s和[uvw]n之间的夹角。当计算结果<6%时，促进异质形核效果好，当6%<<15%时，促进异质形核效果中等，当>15%时，无促进异质形核的效果。实验中Al3Er与α-Mg基体的错配度为3%左右，所以有很好的促进晶粒细化的作用。 2.1.3 物理场细化法 物理细化法包括脉冲电流处理、磁场处理和超声波处理[7,11]，这类方法也是细化镁合金晶粒的一类重要方法。 脉冲电流处理细化晶粒原理是脉冲电流可以减少形核势垒而增大形核率，从而细化凝固组织[11]。此外，脉冲电流的充放电过程还可以在金属液中造成收缩力，而且在金属液的不同位置
收缩力大小不一样，从而使得熔体不同位置的流动速度不同。根据牛顿粘性定律，速度梯度的形成会导致产生剪切应力，当对凝固过程中的金属液施加高压脉冲电流或高频脉冲电流时，产生的剪切力将会撕裂凝固过程中出现的柱状晶，使其成为等轴晶的晶核。速度梯度形成的对流作用会使其弥散分布于熔体中，从而得到细小均匀的晶粒组织。 磁场处理细化细化原理是在磁场中导体的运动产生电动势而产生感应电流，导体本身也产生磁场。液态金属作为载流导体，在外加的交变磁场作用下产生电磁力，这种电磁力可以促使载流液体流动。电磁搅拌就是利用电磁力搅拌正在凝固的液态金属，使己凝固的枝晶破碎并遍布在熔体中，形成更多的有效晶核，并限制晶粒的长大，使熔液凝固过程中固液界面前沿的温度分布趋于一致，从而获得均匀细化的等轴晶组织[11]。 超声波处理细化的原理是超声波在熔体中传播时 ,液体分子受到周期性交变声场的作用,在声波稀疏相内 ,液体受到拉应力，若功率足够大，则液体被拉裂而产生空化泡或空穴，在随后来临的声波正压相内，这些空化泡或穴将以极高的速度闭合或崩溃，从而在局部熔液中产生瞬时高压、高温和强烈的冲击波。在声空化泡形成长大过程中，空化泡的增大和内部液体的蒸发会从周围吸收热量，这将导致空化泡表面的金属熔液温度降低，造成局部过冷 ,因此在空化泡附近形成大量晶核。在空化泡崩溃过程中，产生的强烈冲击波会击碎正在长大的晶体，使之成为新的晶体质点[7]。 2.1.4 动态晶粒细化法 动态晶粒细化包括机械振动和搅拌和半固态铸造法[7,11]。 机械振动和搅拌原理是机械振动和搅拌可以向液态金属中提供能量以提供形核功，同时使凝固过程中液相与固相发生相对运动，造成已结晶的枝晶在液流对流冲击下破碎成新的晶核[11]。半固态铸造是在凝固初期利用搅拌使金属液成为半固态的浆料，并进行挤压成型，其本
质上是将金属熔体在凝固过程中由于受到强烈搅拌而形成的一种含有一定固相颗粒的固液混合浆料进行成形的技术。目前较为普及的半固态铸造法事触变铸造，即用注射螺杆旋转所产生的剪切力使晶粒发生形变而产生许多位错团，同时加热到半固态成型温度发生回复再结晶，从而形成许多等轴的细小晶粒，达到细化晶粒的效果。 2.1.5 快速凝固法 快速凝固法的原理是设法将合金熔体分散成细小的液滴，以极快的速度进行液相与固相的转变，从而获得传统铸件或铸锭无法获得的成分、相结构和显微结构[7]。由于冷却速度快，过冷度很大，形核率大，同时晶粒长大速度慢，所有达到细化晶粒的目的。 2.2 固态形变处理细化 虽然在熔体阶段细化镁合金晶粒可以取得显著的效果，但是一般传统的熔体阶段细化法只能获得100μm左右的晶粒尺寸，为了进一步提高镁合金强度和塑性以推广工程应用，还需要后续的处理。对镁合金铸锭进行固态加工变形可以进一步细化晶粒，但是镁合金由于塑性变
形能力差，常温下只有(0001)<0211 >一个滑移系，在温度升高到230℃，柱面滑移系开