退火工艺对Mg-4.0Zn-0.8Zr合金组织与性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、拉伸试验、浸泡腐蚀试验等手段,研究了不同温度退火对热轧态Mg-4.0Zn-0.8Zr合金组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明:热轧态Mg-4.0Zn-0.8Zr合金晶粒沿着轧制方向被拉长。320℃退火合金组织仍保持热轧态纤维状形貌,360℃退火合金再结晶完全,晶粒为均匀的等轴晶,退火温度再升高,合金晶粒均匀性变差。随着退火温度的升高,合金的抗拉强度不断下降,伸长率先升高后降低,腐蚀速率先降低后升高。360℃退火的合金伸长率最高,为22.1%,腐蚀速率最低,为0.24 mm/a,其抗拉强度为250.4 MPa。

基于Deform 3D的AZ31镁合金不对称挤压变形工艺模拟

通过Deform 3D软件模拟了AZ31镁合金不对称挤压变形工艺过程。结果表明,设置不同水平长度流动距离促使材料不对称地流入挤压通道,进而形成不对称剪切变形,出现应变及应力集中分布的不对称性,促使材料晶粒沿着剪切面偏转,获得细晶、弱织构的高性能镁合金坯料。

第二相体积分数对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金力学性能的影响

采用万能拉伸试验机、SEM、EDS及XRD对固溶处理后的Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金力学性能、第二相形态、化学成分进行了分析,并利用Image-Pro-Plus软件对第二相体积分数进行了统计。结果表明:固溶处理后,合金中仍有大量不同形态、成分的第二相,主要是灰色块状LPSO相、灰色棒状LPSO相和白色点状富稀土相。随着固溶时间的增加,Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的抗拉强度与伸长率表现出先降低后升高的变化规律。在510℃固溶16 h,合金的抗拉强度与伸长率达到最小值,分别为196.77 MPa、3.8%。510℃固溶10~16 h,LPSO相体积分数不变,富稀土相体积分数增加,富稀土相质地较脆,受力时容易破碎,成为裂纹萌发和扩展的源头,使合金抗拉强度、伸长率均降低。510℃固溶16~19 h,富稀土相体积分数减少,合金的力学性能增加。

Mg-5Al-0.3Mn-1Gd合金固溶时效处理工艺研究

采用显微组织观察、硬度测试等手段研究了不同固溶、时效处理对Mg-5Al-0.3Mn-1Gd合金组织和硬度的影响。结果表明:铸态Mg-5Al-0.3Mn-1Gd合金经过430℃×2 h+565℃×4 h固溶后,合金中β-Mg_(17)Al_(12)相完全溶入基体,稀土相呈短棒状在Mg-5Al-0.3Mn-1Gd合金基体中弥散分布,合金晶粒没有明显长大。再对其进行230℃不同时间的时效处理,随着时效时间的增加,Mg-5Al-0.3Mn-1Gd合金中析出第二相数量逐渐增加,最终细小的第二相在局部富集,合金的硬度先增加后降低。Mg-5Al-0.3Mn-1Gd合金的最佳固溶时效工艺为430℃×2 h+565℃×4 h固溶+230℃×16 h时效。

Al-8.9Zn-2.0Mg-1.8Cu合金固溶及时效处理过程中组织性能演变研究

固溶处理可使7xxx系合金获得过饱和固溶体,并在时效阶段析出强化相,最终获得高的综合性能。本试验研究了Al-8.9Zn-2.0Mg-1.8Cu合金在固溶及时效处理过程中的组织及力学性能演变,并在此基础上确定了优选的固溶和时效处理制度。研究结果表明:470℃~480℃固溶处理1h后,合金中的Mg(Zn,Cu,Al)_2相完全回溶,仅有富Fe相残留;延长470℃固溶处理时间,富Fe相无明显变化,合金拉伸性能基本相当。合金适宜的固溶处理制度为475℃/1h。单级时效过程中,随着时效时间的延长,合金硬度初期迅速升高,后期表现平稳,整体上呈现出升高的趋势;单级时效温度越高,其初期增长越快,数值也更大。合金强度的演变规律与硬度类似。随着时效时间的延长,电导率呈现升高的趋势;时效温度越高,电导率越大。120℃时效时,随时效时间延长,合金的晶内析出相的尺寸增大,析出相尺寸分布范围变宽,主要析出相由时效初期的GPⅠ区、GPⅡ区和η'相转变为GPⅡ区、η'相和η相。适宜的峰时效制度确定为120℃/48h。

不同添加剂配比对镁合金砂型铸造用树脂砂性能的影响研究

针对镁合金砂型铸造中使用的树脂砂,探讨了混砂时加入树脂、固化剂、阻燃剂、硅烷等添加剂的配方及作用。通过测定树脂砂的可使用时间、起模时间、抗压强度等参数,分析了不同添加剂配比对树脂砂性能的影响。研究结果表明,在确保树脂砂强度的基础上,尽量减少树脂和固化剂的配比量,可减少铸件气孔缺陷,改善高温性能,提高铸件质量,降低生产成本。该研究结果可为镁合金铸件的高质量生产提供技术支持。

大型高强耐热镁合金构件的热处理工艺研究

经过拉伸试验和微观组织观察,对合金成分为Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr的大型高强耐热镁合金构件进行了性能与组织分析。结果显示,热处理工艺对改善其性能和微观组织有着显著的影响,在多种热处理工艺中确定了最佳的工艺参数组合:430℃×8h+225℃×16h。在此工艺条件下,合金内部发生了动态再结晶,晶粒明显细化,极大提高了其抗拉强度。随着时效增加,灰色LPSO相的数量逐渐增加,进一步增强了合金的力学性能;合金轴向抗拉强度为332MPa,延伸率为11.5%;环向抗拉强度为375MPa,延伸率为12.3,这些结果充分展示了镁合金在高温环境下的卓越力学性能和良好的耐热性。

变形条件对Mg-Gd-Y-Nd-Zr合金动态力学行为的影响

采用金相观察、扫描电子显微镜、能谱分析、显微硬度计及分离式霍普金森压杆等手段,研究了峰值时效挤压态Mg-8Gd-3Y-0.5Nd-0.5Zr合金在变形温度及应变速率下的动态冲击力学变形行为。结果表明:合金在220℃/14 h到达峰值时效,其硬度约为143.2 HV,提升了55%左右。在不同的变形温度下均表现出优异的抗冲击性能,在室温及应变速率为3000 s^(-1)条件下合金抗压强度可高达682 MPa;在100℃及应变速率为1500 s^(-1)条件下抗压强度为635 MPa;在400℃及应变速率为3000 s^(-1)条件下抗压强度为583 MPa。合金在不同温度下优异的抗冲击性能主要得益于时效强化相、稳定存在的块状富稀土粒子以及冲击过程中在晶界形成的动态析出相协同强化机制。随着应变速率和变形温度的增大,合金热软化效应增强,合金力学性能有所降低。

均匀化处理对铸态Mg-9Gd-3.5Y-2Zn-0.35Zr合金组织和力学性能的影响

均匀化热处理能够消除合金铸造缺陷,改善成分偏析提升变形能力。利用光学显微镜(OM)、差分扫描量热计(DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)和万能拉伸实验机等手段,研究了不同均匀化时间(2、5、10、15、20 h)和温度(480、500、520℃)对Mg-9Gd-3.5Y-2Zn-0.35Zr合金微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,铸态Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金主要包括沿晶界呈网状分布的块状Mg5(Gd,Y,Zn)相及片层状长周期堆垛有序结构相(LPSO),粗大的第二相容易引起局部应力集中而引发裂纹萌生,造成了铸态合金较低的力学性能;经均匀化处理后,大量第二相溶入基体,合金的力学性能得到了显著提升,断裂机制也由铸态的脆性断裂转变为塑性断裂,表明材料塑性得到显著提升;合金的最佳均匀化处理工艺为520℃/15 h,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别由铸态的166.2 MPa、130.2 MPa和3.3%提高到213.5 MPa、154.5 MPa和7.6%。

预热处理对镁合金热变形组织和性能的影响研究进展

本文主要综述了预热处理对镁合金后续热变形微观组织和机械性能的影响。镁合金主要由基体和第二相(包括时效析出相、长周期堆垛有序(LPSO)相和镁基合金中的增强体等)组成。第二相在镁合金变形过程中发挥着至关重要的作用。结合相关文献最新研究进展,阐述了镁合金经过预热处理后不同大小、分布及类型第二相对变形均匀性、晶粒细化以及强化机理等的影响,为进一步开发高强韧镁合金构件提供了参考。

挤压后Mg-3Sn-2Al-1Zn-0.6Sb镁合金时效的组织性能研究

以Mg-3Sn-2Al-1Zn-0.6Sb镁合金经过正挤压与复合挤压后的材料为研究对象,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和显微硬度测试等方法,研究了不同温度和时间下挤压后镁合金的组织和性能。结果表明:随着时效温度的升高,析出相Mg_(2)Sn和Mg_(17)Al_(12)的数量显著增加,材料硬度提升幅度也更大;随着时效时间的增加,时效硬度呈现先增加后下降的趋势;正挤压与复合挤压样品均在时效4 h后达到峰时效,正挤压试样的最大显微硬度值为98.9 HV,而复合挤压试样的最大显微硬度值为81.2 HV,表明时效对正挤压材料的强化效果明显优于复合挤压材料。

电弧增材制造Mg-5Gd-2Y-0.4Zr合金直接时效处理下的力学性能研究

电弧增材制造(WAAM)技术制备的中低稀土含量镁合金有望通过直接时效处理即可获得优异的力学性能。采用电弧增材制造技术制备Mg-5Gd-2Y-0.4Zr合金,并对其微观组织和直接时效处理的力学性能进行研究。结果表明:沉积态合金具有晶粒尺寸细小(≤26μm)、基体内合金元素含量高以及晶间第二相少的特征。经过200℃×128h直接时效热处理后,合金的硬度从(63.3±2.2)HV_(0.3)提升至(85.1±2.1)HV_(0.3),达到固溶时效态硬度的95.6%;合金的抗拉强度、屈服强度也分别由(217.3±2.8)MPa、(91.0±7.7)MPa提升至(240.3±1.6)MPa、(130.9±2.5)MPa。Mg-5Gd-2Y-0.4Zr合金力学性能的显著提升,展现出直接时效处理的显著强化作用。

热处理方式对Mg-Gd-Y-Zr合金组织和力学性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、电子背散射衍射及拉伸试验机等研究固溶处理和时效处理对铸态和轧制态Mg-10.6Gd-1.69Y-0.42Zr(质量分数,%)合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:经峰时效处理后合金强度均显著提高,但伸长率有所降低;与200℃峰时效态合金相比,220℃峰时效态合金的屈服强度相差不大,但伸长率明显提高。合金在峰时效阶段的主要强化相为柱面β’相,该相能够有效阻碍位错的基面滑移,提高合金强度。轧制后直接时效的合金能够保留轧制产生的位错,而位错能够促进析出相形核,此时,合金具有最高的析出强化效果,屈服强度和抗拉强度分别为380.0 MPa和416.0 MPa。

均匀化退火对Mg-4Zn-4Y合金显微组织和力学性能的影响

对铸态Mg-4Zn-4Y合金进行了不同温度(440,460,480℃)和不同保温时间(4~24 h)下的均匀化退火,研究了均匀化退火对合金组织及性能的影响。结果表明:铸态合金中存在α-Mg相、W相Mg_(3)Zn_(3)Y_(2)、LPSO相Mg_(12)ZnY和富钇相;随着退火温度的升高,大部分LPSO相逐渐溶入基体;随着退火保温时间的延长及退火温度的升高,富钇相含量减少,枝晶偏析得到改善;与铸态合金相比,440,460℃均匀化退火后合金的抗拉强度略微降低,断后伸长率变化较小,480℃均匀化退火后抗拉强度和断后伸长率较高,但出现烧损现象。该合金的最佳均匀化退火制度为440℃×12 h。

基于改进集中热容法的Mg-Gd-Y-Zr-Ag变形镁合金表面换热系数求解方法

表面换热系数作为淬火数值模拟过程的重要边界条件,其求解精度直接影响温度场、热应力场的演变规律。实验通过设计矩形淬火探头并进行单面水浴淬火,根据热电偶记录的温降数据,采用改进的集中热容法对Mg-Gd-Y-Zr-Ag变形镁合金进行表面换热系数的求解。研究结果表明:表面换热系数呈现先增大后减小的趋势且水浴淬火过程存在蒸汽膜沸腾阶段、二次形核阶段以及对流换热阶段3个阶段,在第27秒时表面换热系数达到峰值2496.31 W/(m^(2)·℃),此时淬火面温度为211℃。用此方法计算得到的随温度变化的换热系数以列表的形式代入Abaqus有限元模型的相互作用模块,同一深度处仿真温度与实测温度最大相对误差为15%,平均相对误差仅为6%;采用K-S双样本分布检验对仿真与实验的温度曲线进行分布检验,在合适的显著性水平下4个样本的统计量均不在拒绝域内,验证了改进的集中热容法用来求解水浴淬火过程中表面换热系数的正确性。

孪晶界第二相析出对AZ80镁合金板材弯曲变形行为的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)研究了室温预置拉伸孪晶后时效处理对AZ80镁合金第二相的析出和弯曲变形行为的影响。结果表明,在180℃时效0.5 h可明显促进第二相粒子在晶界处的析出,增加孪晶界亦可促进第二相的析出。预置孪晶后进行反向拉伸,AZ80镁合金组织发生去孪生行为,组织中孪晶数量减少。由于去孪生行为的产生,拉伸屈服强度降低。将预置孪晶的试样在100℃弯曲变形后,弯曲试样外侧发生拉伸去孪生行为,内侧组织因为压缩载荷的作用孪晶数量增加,中部呈孪晶数量由多变少的过渡现象。第二相粒子增多会抑制去孪生行为的产生。

固溶处理对激光粉末床熔融AZ91D镁合金显微组织和力学性能的影响

采用激光粉末床熔融的增材制造技术成形了AZ91D镁合金,并研究四种固溶处理制度((420℃,4h)、(420℃,6h)、(450℃,4h)、(450℃,6h))对打印态合金的显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:激光体能量密度在160~210 J/mm^(3)之间时,成形的试样致密度大于99%,由α-Mg基体和β-Mg17Al12析出相组成;经(420℃,4h)固溶后,晶粒内部的纤维状β相几乎全部固溶到基体中,晶界处块状β相部分溶解;随着固溶温度的升高和时间的延长,晶界处更多的β相溶解,晶粒尺寸也逐渐增大,这为促进位错滑移提供了条件;相对于打印态合金,(450℃,6 h)态合金在不损失抗拉强度的同时,断裂伸长率由3.56%±0.47%提升到9.25%±1.05%,提高约160%,但屈服强度由(191±7)MPa降低到(141±7)MPa,这主要由于β相中Al原子的固溶强化、β脆性相的减少和晶粒尺寸的增大等。

热处理制度对镁稀土合金组织和性能的影响

镁稀土合金由于具有密度小以及优异的导热性和比强度,广泛应用于航空航天及船舶领域。但其化学性质活泼的因素导致其无法直接应用于产品。为提高镁稀土合金的耐蚀性,对镁稀土合金采用热处理的方法,通过改变热处理的温度及时间,来探究不同热处理制度下镁合金组织和性能的变化。结果表明:铸态镁稀土合金中在镁基体晶界附近存在着Mg-Gd-Y和Mg-Gd析出相,腐蚀优先在Mg-Gd-Y相周围发生,其腐蚀产物聚集在该相周围,粒径约1~10μm;经过520℃热处理10 h后,合金表面Mg-Gd-Y相逐渐溶解并在基体中形成过饱和固溶体,腐蚀优先在基体表面发生,其腐蚀产物粒径较一次退火时有所减小;经过二次热处理63 h后,Mg-Gd-Y相晶界附近的固溶体粒径进一步减小,且分布密度增加,其腐蚀产物为稳定的Mg-Zr化合物。随着热处理时间的增加,固溶体粒径逐渐增大,且分布密度有上升的趋势,在此状态下腐蚀坑孔洞直径达最小值。失重实验表明铸态合金的腐蚀速率最大,随着热处理时间的增加,合金的腐蚀速率呈现逐渐减小的趋势;极化曲线测试表明铸态镁合金腐蚀倾向最低,随着热处理温度和时间的增加,镁合金的腐蚀倾向逐渐降低。

镁处理船板钢热循环过程中组织的细化机制研究

为了研究镁处理船板钢在热循环过程中组织细化的机制以及第二相粒子析出的规律,采用高温激光共聚焦显微镜(CLSM)对镁处理船板钢的热循环过程中显微组织的变化进行动态原位观察,并通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和金相显微镜(OM)研究不同冷却速率下诱发IAF的夹杂物演变规律。并从错配度的角度,分析IAF在夹杂物上的形核机制。结果表明:试验条件下,镁处理试验钢中的钉扎粒子能够有效抑制奥氏体晶粒的粗化,并且在降温阶段,钢中夹杂物能够诱发出IAF,有效细化组织。对于试验钢而言,降温速率为5℃/s时,夹杂物对IAF的诱发效果最佳。能够诱发IAF的夹杂物的核心是在钢液脱氧合金化过程中形成,夹杂物表面的MnS是在焊接热循环过程中二次析出附着于复合夹杂物表面,这也从理论上验证了夹杂物的扫描电镜分析结果。

退火温度对激光选区熔化成形TC4合金显微组织和力学性能的影响

研究了退火温度对激光选区熔化成形TC4合金显微组织和力学性能的影响规律。结果表明,激光选区熔化成形TC4合金由β柱状晶和晶内析出的弥散分布的针状马氏体α'相组成,在700℃以上退火处理,马氏体α'相先分解成α+β相。随着退火温度的升高,钛合金构件显微硬度和抗拉强度逐渐降低,伸长率逐渐升高。经过800℃退火处理之后,材料的伸长率为9.79%,抗拉强度为1146 MPa,完全满足航空标准需求。