镁合金被称为21世纪最具开发和应用潜力的“绿色”工程金属。它具有比强度和比刚度高、密度轻、耐热疲劳性好、导热性好、减振性好、电磁屏蔽能力强、资源丰富、不易老化、容易回收等一系列优点,是本世纪最重要的轻质高强度材料之一。我国目前镁及镁合金的生产量大约为60-70万吨,与铝及铝合金4000多万吨的生产量相比,镁及镁合金的生产量显然还太少,其应用也远不及其它主要金属材料。造成这种现状的主要原因是镁合金材料自身的强度低、脆性大、耐蚀性差和高温性能差。要改善这一现状,就需要系统、全面的对镁合金做基础研究。本实验主要研究三维旋转磁场和行波磁场交替搅拌对镁合金凝固过程的影响和螺旋磁场搅拌对镁合金凝固过程的影响。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、万能拉伸试验机、TH160里氏硬度计和温度采集系统等多种分析和测试方法,探讨了三维磁场改变镁合金凝固组织的机制和条件,为开发高效环保型镁合金凝固技术奠定基础。在镁合金凝固过程中施以三维磁场的研究结果为:(1)初生α-Mg相的形貌由传统铸态下的粗大树枝晶转变为花瓣状和团块状。(2)α-Mg相的平均直径最小的减少了19.0%,最大的减少了43.9%,而形状因子最小的增加了7.2%,最大的增加了87.4%。(3)增大励磁电压和减少旋转磁场搅拌时间都有利于减小晶粒平均直径和增大形状因子,而行波磁场搅拌时间的变化对晶粒平均直径和形状因子的影响都不是很大。(4)最佳工艺参数为:励磁电压50V、旋转磁场搅拌时间5s和行波磁场搅拌时间4s。在镁合金凝固过程中施以螺旋磁场的研究结果为:(1)初生α相形貌由一次臂很长的树枝晶转变为蔷薇状枝晶和细小等轴晶。(2)第二相β-Mg17Al12由网状断续、弥散分布的骨骼形转变为网状连续分布于晶界处,并且第二相的数量有所增加。(3)α-Mg相的X射线衍射峰的2θ角向小角度有偏移,表明Al在α-Mg相中的固溶度减少,与元素分布能谱测量结果一致。(4)最大硬度提高38.5%、最大抗拉强度增加35.1%、最大延伸率增加32.2%。(5)铸件中心温度和铸件壁温度之间的差值由无磁场搅拌时的6-10℃减少到1-3℃。(6)铸型壁处测得的共晶反应温度由无磁场搅拌时的409℃增加到425℃,铸型中心测得的共晶反应温度由无磁场搅拌时的413℃增加到426℃。(7)Al在基体α相中的质量比由无磁场搅拌时的8.36%减少到5.62%、在第二相β相中由无磁场搅拌时的30.07%增加到41.96%、在α+β共晶相中无明显变化。理论分析发现:(1)螺旋磁场搅拌改变了镁合金液的流动状态,使凝固时的镁合金液温度趋于一致。(2)螺旋磁场处理后,原子团簇由液相向固相迁移所需克服的势垒比无磁场处理时减少,有助于提高初生α相形核率,从而达到细化晶粒的目的。(3)α相内的铝元素含量比较低,这样就不容易结晶出弥散分布的β相,与此相反,最后凝固的液体中铝含量较高,就容易结晶出连续分布的β相。