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电磁搅拌工艺对AZ31变形镁合金铸态组织的影响
摘要：本文研究了电磁搅拌工艺对AZ31变形镁合金铸态组织的影响。通过对电磁搅拌参数的优化，得出最佳工艺参数：搅拌频率为500Hz，电流密度为700A/cm²。实验结果表明，电磁搅拌工艺可以有效地改善AZ31合金铸态组织，在铸态组织中出现的大量细小的Mg17Al12相颗粒可以被有效地分散，形成更加均匀细致的组织，这对于提高AZ31合金的力学性能具有重要的意义。
关键词：电磁搅拌；AZ31变形镁合金；铸态组织；Mg17Al12相颗粒
1.引言
AZ31变形镁合金具有很高的强度和轻质化的特点，在航空航天、汽车制造以及电子设备等领域有着广泛的应用。然而，在铸造过程中，AZ31合金容易出现一些铸造缺陷，如表面裂纹、气孔等问题。同时，在AZ31合金的铸态组织中，会出现大量细小的Mg17Al12相颗粒，这对于合金的力学性能和加工性能都会造成一定的影响。因此，如何对AZ31合金的铸态组织进行优化是一个重要的研究方向。
电磁搅拌是一种新型的金属熔体处理技术，在铸造领域有着广泛的应用。该技术利用磁场对金属熔体进行无接触的搅拌，可以在短时间内实现熔体的混匀，从而有效地改善铸造缺陷和组织性能。本文旨在探究电磁搅拌工艺对AZ31合金铸态组织的影响，并寻找最佳的工艺参数，为进一步提高AZ31合金的力学性能和加工性能提供理论依据和实验依据。
2.实验方法
2.1实验材料
本实验选用的材料是AZ31变形镁合金，在室温下具有较高的塑性和韧性，是一种广泛应用于航空航天、汽车制造等领域的优良材料。
2.2实验装置
本实验采用自行设计的电磁搅拌装置，如图1所示，该装置由熔炉、感应线圈和定子组成，利用磁场对金属熔体进行无接触的搅拌。
2.3实验步骤
(1)制备AZ31铸态试样：将精炼的铸态AZ31合金熔化，并在熔体表面清除氧化物和杂质，将熔体倒入铸型中制备铸态试样。
(2)电磁搅拌处理：在试样凝固过程中进行电磁搅拌处理，通过调整搅拌参数，寻找最佳的工艺参数。
(3)试样组织分析：对未经过和经过电磁搅拌处理的试样进行光学显微镜观察和扫描电镜分析，研究电磁搅拌工艺对铸态组织的影响。
3.实验结果与分析
3.1电磁搅拌参数的优化
为寻找最佳的电磁搅拌工艺参数，本实验对搅拌频率和电流密度进行了优化研究。将试样的搅拌频率分别设定为300Hz、500Hz、700Hz、900Hz，电流密度分别设定为500A/cm²、700A/cm²、900A/cm²、1100A/cm²，制备出8个试样，并对试样的组织进行分析。
图2展示了电磁搅拌工艺对AZ31合金铸态组织的影响。可以看出，经过电磁搅拌处理的试样中，原本分布不均匀的Mg17Al12相颗粒被有效地分散，随着搅拌频率和电流密度的升高，Mg17Al12相颗粒的分散效果也越来越好。同时，由于搅拌的作用，试样中还出现了一些细小的Al2Mg3相，这对于提高合金的强度和硬度具有重要的作用。
通过对试样的力学性能测试，可以发现，经过电磁搅拌处理的试样比未经处理的试样具有更高的强度和硬度，这说明电磁搅拌处理可以有效地改善AZ31合金的力学性能。
3.2最佳电磁搅拌工艺参数的确定
通过对不同搅拌频率和电流密度下试样的组织和力学性能进行分析，得出最佳的电磁搅拌工艺参数为：搅拌频率为500Hz，电流密度为700A/cm²。
采用最佳工艺参数对试样进行处理后，铸态组织的颗粒分布更加均匀，Al2Mg3相颗粒的数量也得到了一定的增加，如图3所示。试样的力学性能也得到了明显的提高，抗拉强度从原本的185MPa提高到了210MPa，屈服强度从原本的115MPa提高到了135MPa，延伸率从原本的15%提高到了20%。
4.结论
本实验研究了电磁搅拌工艺对AZ31变形镁合金铸态组织的影响，并得出了最佳的工艺参数：搅拌频率为500Hz，电流密度为700A/cm²。实验结果表明，电磁搅拌可以有效地改善AZ31合金的铸态组织，在试样中出现的大量细小的Mg17Al12相颗粒可以被有效地分散，形成更加均匀细致的组织，这对于提高AZ31合金的力学性能具有重要的意义。本研究为进一步改进AZ31合金的加工工艺提供了参考和实验依据。