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Effects of Bi addition on solidification behavior of Mg–Al–Zn casting alloys using experiments and CALPHAD calculations
Journal of Materials Science ( IF 4.5 ) Pub Date : 2020-03-02 , DOI: 10.1007/s10853-020-04492-y Yongsheng Li , Ying Tang , Weimin Zhao , Lijun Zhang
Journal of Materials Science ( IF 4.5 ) Pub Date : 2020-03-02 , DOI: 10.1007/s10853-020-04492-y Yongsheng Li , Ying Tang , Weimin Zhao , Lijun Zhang
A comprehensive understanding of solidification behavior of Mg–Al–Zn–Bi alloys is necessary for designing novel casting Bi-modified AZ alloys. In this paper, 21 Mg–Al–Zn–Bi alloys were prepared to investigate the phase constituents, morphologies, grain sizes and area fractions of precipitates in as-cast microstructures, as well as their phase transition temperatures and solidification paths by using X-ray diffraction, scanning electron microscopy, optical microscopy and differential scanning calorimetric techniques. It was found that the Bi addition leads to the formation of α-Mg 3 Bi 2 phase, which became coarse flake as Bi content increased. Besides, the Bi addition can modify the morphology of eutectic γ-Al 12 Mg 17 phase and refine the grain size of primary phase. Moreover, the measured area fractions of precipitates increased steadily as Bi content increased, which were comparable with the model-predicated values. After that, the calculated liquidus projections in the Mg-rich corner of Mg–Al–Zn–Bi quaternary system were employed for demonstrating the effects of Bi addition on the solidification sequences. Additionally, the phase transition temperatures predicted via Scheil solidification simulations agreed well with measured values. The present work indicated that the combination of experimental investigations and thermodynamic calculations can serve as an efficient method to obtain accurate and comprehensive solidification behavior of Bi-modified Mg–Al–Zn alloys.
中文翻译:
使用实验和 CALPHAD 计算添加 Bi 对 Mg-Al-Zn 铸造合金凝固行为的影响
全面了解 Mg-Al-Zn-Bi 合金的凝固行为对于设计新型铸造 Bi 改性 AZ 合金是必要的。本文制备了 21 种 Mg-Al-Zn-Bi 合金,研究了铸态组织中析出物的相成分、形貌、晶粒尺寸和面积分数,以及它们的相变温度和凝固路径,使用 X-射线衍射、扫描电子显微镜、光学显微镜和差示扫描量热技术。结果表明,Bi添加导致α-Mg 3 Bi 2 相的形成,随着Bi含量的增加,该相变得粗大片状。此外,Bi的加入可以改变共晶γ-Al 12 Mg 17 相的形貌,细化初生相的晶粒尺寸。而且,随着Bi含量的增加,析出物的测量面积分数稳步增加,与模型预测值相当。之后,利用计算出的 Mg-Al-Zn-Bi 四元系富镁角的液相线投影来证明 Bi 添加对凝固序列的影响。此外,通过 Scheil 凝固模拟预测的相变温度与测量值非常吻合。目前的工作表明,实验研究和热力学计算相结合可以作为一种有效的方法来获得 Bi 改性 Mg-Al-Zn 合金的准确和全面的凝固行为。计算出的 Mg-Al-Zn-Bi 四元系富镁角的液相线投影用于证明添加 Bi 对凝固序列的影响。此外,通过 Scheil 凝固模拟预测的相变温度与测量值非常吻合。目前的工作表明,实验研究和热力学计算相结合可以作为一种有效的方法来获得 Bi 改性 Mg-Al-Zn 合金的准确和全面的凝固行为。计算出的 Mg-Al-Zn-Bi 四元系富镁角的液相线投影用于证明添加 Bi 对凝固序列的影响。此外,通过 Scheil 凝固模拟预测的相变温度与测量值非常吻合。目前的工作表明,实验研究和热力学计算相结合可以作为一种有效的方法来获得 Bi 改性 Mg-Al-Zn 合金的准确和全面的凝固行为。
更新日期:2020-03-02
中文翻译:
使用实验和 CALPHAD 计算添加 Bi 对 Mg-Al-Zn 铸造合金凝固行为的影响
全面了解 Mg-Al-Zn-Bi 合金的凝固行为对于设计新型铸造 Bi 改性 AZ 合金是必要的。本文制备了 21 种 Mg-Al-Zn-Bi 合金,研究了铸态组织中析出物的相成分、形貌、晶粒尺寸和面积分数,以及它们的相变温度和凝固路径,使用 X-射线衍射、扫描电子显微镜、光学显微镜和差示扫描量热技术。结果表明,Bi添加导致α-Mg 3 Bi 2 相的形成,随着Bi含量的增加,该相变得粗大片状。此外,Bi的加入可以改变共晶γ-Al 12 Mg 17 相的形貌,细化初生相的晶粒尺寸。而且,随着Bi含量的增加,析出物的测量面积分数稳步增加,与模型预测值相当。之后,利用计算出的 Mg-Al-Zn-Bi 四元系富镁角的液相线投影来证明 Bi 添加对凝固序列的影响。此外,通过 Scheil 凝固模拟预测的相变温度与测量值非常吻合。目前的工作表明,实验研究和热力学计算相结合可以作为一种有效的方法来获得 Bi 改性 Mg-Al-Zn 合金的准确和全面的凝固行为。计算出的 Mg-Al-Zn-Bi 四元系富镁角的液相线投影用于证明添加 Bi 对凝固序列的影响。此外,通过 Scheil 凝固模拟预测的相变温度与测量值非常吻合。目前的工作表明,实验研究和热力学计算相结合可以作为一种有效的方法来获得 Bi 改性 Mg-Al-Zn 合金的准确和全面的凝固行为。计算出的 Mg-Al-Zn-Bi 四元系富镁角的液相线投影用于证明添加 Bi 对凝固序列的影响。此外,通过 Scheil 凝固模拟预测的相变温度与测量值非常吻合。目前的工作表明,实验研究和热力学计算相结合可以作为一种有效的方法来获得 Bi 改性 Mg-Al-Zn 合金的准确和全面的凝固行为。