AZ91镁合金中变形孪晶与析出相交互作用结构的电子显微学研究

本文综合利用透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)及高分辨透射电子显微镜(high resolution transmission electron microscope,HRTEM)电子显微表征技术,对冲击变形时效AZ91镁合金中变形孪晶与β⁃Mg17Al12析出相交互作用引发的变形结构进行了观察和表征。结果表明:(1)β析出相阻碍{1012}孪晶生长使其界面形成台阶结构导致孪晶板条呈现粗细不均的形貌,更严重的交互作用可导致孪晶界发生大角度弯折,同时诱发基体中扭折带的形成以协调孪晶变形;(2){1011}孪晶与β析出相的交互作用会产生局域应力集中,导致连锁诱发{1012}孪晶形核,表明孪晶与析出相的交互作用可以促进孪晶形核。

超声振动压缩AZ91镁合金的组织演变与变形机理研究

目的探究室温超声振动压缩(UVC)作用下镁合金的成形和应用潜力,研究AZ91固溶镁合金经UVC加工后的微观组织和力学性能演变规律,并探究其变形机理。方法在室温、频率20kHz和气压100kPa条件下对固溶态AZ91镁合金进行不同时间(0~1 s)的UVC加工,利用光学显微镜、XRD、SEM、TEM和显微硬度等手段研究UVC后合金的微观组织、力学性能和变形机理。结果在室温UVC加工过程中,AZ91合金的圆周伸长率和真应变逐渐增加。加载时间为1s时,合金的圆周伸长率和真应变分别达到80%和1.2,显著高于传统压缩。UVC过程中所需的最大应力仅为37.18MPa,温度最高达243℃。随着UVC时间的延长,合金中出现大量变形带,且变形带内析出亚微米级的Mg_(17)Al_(12)第二相。合金中的位错密度显著提升,逐步发生动态回复和动态再结晶细化晶粒。UVC后,合金的显微硬度由固溶合金的70.6HV显著提升至102.1HV。UVC作用下能够实现固溶镁合金高应变速率、大应变量变形的主要原因是合金中变形带和孪晶的快速增殖。此外,变形带内第二相的迅速析出、动态回复和再结晶也对合金的变形起到促进作用。结论固溶AZ91镁合金在超声振动压缩作用下展现了良好的变形能力和成形潜力,通过改进超声工艺有望在室温下实现镁合金的高应变速率大应变量超塑性成形。

添加碳粉对AZ91镁合金微观组织与力学性能的影响

研究了不同含量的碳粉细化剂对AZ91镁合金的显微组织与力学性能的影响规律。对AZ91合金进行微观组织观察、SEM分析和力学性能测试。结果表明:随着细化剂含量的增加,AZ91合金的晶粒尺寸显著减小。当添加0.5wt%细化剂时,AZ91合金的晶粒尺寸减小到184μm,细化效率达到了67%。当添加0.3wt%细化剂时,AZ91合金的抗拉强度和伸长率达到最高的150MPa和2.1%,相比于未添加细化剂的,其分别提升了28%和50%。C元素与Al元素反应得到了Al_(4)C_(3)相,可以作为AZ91合金的异质形核位点,起到了晶粒细化的作用,并显著提升AZ91合金的力学性能。

AZ91镁合金GMA增材制造成形工艺及组织性能

为了探索GMA增材制造工艺在AZ91镁合金构件成形中的应用前景,文中研究了道间偏移量对多层多道镁合金增材成形形貌的影响,并分析了增材成形样件的微观组织和拉伸力学性能。当熔覆道间搭接距离为11 mm时,得到的熔覆层表面最为平整,最大成形偏差为0.85 mm。增材样件微观组织整体可以分为层内区域、层间界面区和搭接界面区,3个区域的晶粒组织均为等轴状细晶组织,其中层间界面区和搭接界面区晶粒大小根据热循环变化有所不同。增材样件不同拉伸方向力学性能接近,其中增材方向抗拉强度为255 MPa,断后伸长率为11%;搭接方向抗拉强度为244 MPa,断后伸长率为10.5%;堆积方向抗拉强度为240 MPa,断后伸长率为10%。

稀土对AZ91镁合金耐腐蚀性能的影响

利用静态失重、极化曲线和交流阻抗测试等方法研究了 AZ91合金和 AZ91 + RE合金在 Na Cl溶液中的腐蚀规律 ;利用金相显微镜及电子探针分析了腐蚀试样的表面和截面形貌 ;对腐蚀脱落产物进行了 XRD鉴别。结果表明 ,稀土元素显著提高了 AZ91合金在 Na Cl溶液中的耐腐蚀性能。其作用机理主要在于稀土元素的以下三个作用 :改变了合金腐蚀层结构 ;强化了阴极相控制 ;影响合金腐蚀的电化学过程。三方面的综合作用 ,使 AZ91合金在 Na

钇及铈镧混合稀土对AZ91镁合金铸态组织的影响

金相显微镜及电子探针分析结果表明 ,含La,Ce的混合稀土和金属Y均有促进AZ91镁合金铸态组织晶粒细化的作用。在AZ91+(Ce ,La)合金中形成的杆状化合物被证实是 (Ce ,La)Al4,而在AZ91+Y合金中发现了呈块状结构的YAl2 化合物。4 2 0℃ / 2 0h固溶处理后 ,由于 (Ce,La)Al4及YAl2 具有良好的热稳定性 ,不溶入Mg基体 ,AZ91+RE(La ,Ce,Y)合金的铸态组织为δ固溶体 +(Ce ,La)Al4(或YAl2 )化合物 +Mg17Al12 三相组成。

Ca,Y对AZ91镁合金显微组织和力学性能的影响

向AZ91镁合金中加入具有阻燃作用的合金元素Ca和Y,研究了单独加入Ca和同时加入Ca,Y对AZ91合金铸态显微组织和力学性能的影响。结果表明:向AZ91合金中单独加入Ca可使该合金的铸态组织明显细化,当Ca含量大于1ω%时,合金铸态组织中生成了Al2Ca新相,使该合金的抗拉强度得到提高。在此基础上加入少量的Y(0.10%～0.50%)(质量分数,下同)可使合金的铸态组织进一步细化,该合金的抗拉强度随Y含量的增加先提高后降低。

混合稀土对AZ91镁合金组织和性能的影响

在AZ91镁合金基础上添加不同含量的混合稀土 (MM) ,对其铸态和固溶时效的组织及性能进行了研究。结果表明 ,MM显著改变AZ91合金的铸态组织 ,使Mg17Al12 相细化 ,并出现针状相 ,从而使硬度、强度提高 ,但冲击韧度值及伸长率下降 ;进一步的固溶时效证明该针状相并不固溶于基体中 ;MM的加入 ,推迟了AZ91的时效硬化过程。

Er对铸态AZ91镁合金显微组织和耐腐蚀性能的影响

利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射分析、集气法及动电位极化曲线研究了微量Er对铸态AZ91镁合金显微组织和腐蚀性能的影响。结果表明:微量Er可细化AZ91镁合金的铸态组织,当AZ91镁合金中加入Er的含量不高于0.7%(质量分数)时,随着Er含量的增加,镁合金中的γ-Mg17Al12相由粗大、连续块状分布逐渐转变为细小、岛状均匀分布,并且有Al3Er相生成;同时,微量Er也可显著提高铸态AZ91的耐腐蚀性能,当Er含量为0.7%时,合金耐蚀性能大幅度提高,在3.5%(质量分数)NaCl水溶液中浸泡的腐蚀速率为0.54606mg/(cm2·d),仅为常规AZ91镁合金的1/15;微量Er使得AZ91镁合金在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电位升高,自腐蚀电流降低,从而提高AZ91镁合金的耐腐蚀性能。

钇对AZ91镁合金组织和力学性能的影响

研究了Y对AZ91镁合金组织和性能的影响。试验结果显示:Mg 7 5%Al 0 7%Zn 0 15%Mn xY铸造镁合金的显微组织主要由α(Mg)基体、β(Mg17Al12)相、λ(Al2Y)相组成。一定量的Y能明显改善合金的组织,有效提高合金的室温和高温力学性能。过量的Y则使合金组织粗大,降低合金的力学性能。

钕对AZ91镁合金铸态组织的影响

利用光学显微镜、电子探针和X射线衍射仪研究Nd对AZ91镁合金铸态显微组织的影响,并利用Imagetool软件测量晶粒尺寸和面积。结果表明:少量Nd对-αMg晶粒有显著的细化作用,平均晶粒尺寸由108μm降至约31μm,晶粒面积也明显减小,Nd的最佳加入量为0.5%。此外,Nd的加入致使-βMg17Al12相弥散细小,组织中出现了粒状或针状Al3Nd化合物。

Bi对AZ91镁合金时效析出动力学过程的影响

实验合金中 Bi的加入量为 0 .5%～ 2 % ,合金在 SF61 % /CO2 混合气体保护下熔炼 ,通入氩气精炼后在预热至 2 50°C的金属型中浇铸成 2 30 mm× 40 mm× 2 0 mm的板状试样 ,浇铸温度 72 0°C.将铸态试样经过固溶处理 (42 0°C,1 2 h)后 ,在 2 0 0°C进行时效 .实验结果表明 ,Bi的加入延长了合金的时效进程 ,有效地抑制了时效组织中非连续析出相的形成 ,促进了连续沉淀相的析出 .电子束微区分析 (EDAX)和透射电镜 (TEM)研究表明 ,Bi的加入使 AZ91合金中形成了组成较复杂的连续析出相 Mg17(Al,Bi) 12 ,该析出相与基体之间具有复杂的半共格位向关系 ,提高了强化相的热稳定性 ,从而有助于合金高温力学性能的改善 .

AZ91镁合金表面铈基稀土转化膜的制备及腐蚀电化学行为

考察了铈盐溶液中的AZ91镁合金电化学行为,包括开路电位,阴、阳极极化行为等,并据此开展了Ce(NO_3)_3为主盐的稀土盐转化膜研究,在AZ91镁合金表面形成无毒、无污染的铈盐化学转化膜,并研究成膜规律及其耐蚀行为.采用电化学阻抗谱技术优化了处理时间、温度、Ce(NO_3)_3液浓度和促进剂等因素对膜层结构和膜层耐蚀性能的影响,并获得了最好的成膜条件:处理温度为35℃,时间为30 min,主盐Ce(NO_3)_3的浓度为0.02 mol/L和促进剂H_2O_2浓度为4 mL/L.结果表明:采用优化后的工艺能够在AZ91镁合金表面获得宏观黄色致密、微观具有微小裂纹并分层的膜层,表层Ce含量较高.工艺优化制备的稀土化学转化膜能有效提高镁合金的耐蚀性能,有效抑制阴、阳极反应,自腐蚀电位提高250 mV,自腐蚀电流密度降低2个数量级.长期全浸实验结果表明,转化膜能有效提高镁合金的耐腐蚀性能,浸泡60 h后,保护性大大降低.

Ce对AZ91镁合金铸态组织细化的影响

加入少量的Ce(0．2％-0．8％,质量分数)可明显细化α-Mg基体,随Ce量增加,合金中的β-Mg17Al12相数量减少,且由连续网状形态变为非连续分布．同时, Ce与合金中的Al结合形成针状或杆状的Al4Ce化合物．能谱分析和液淬显微组织观察表明,组织细化机制主要归结为Ce加入引起结晶界面前沿的成分过冷,增加均质形核的数量．显微组织的改善导致了合金的力学性能和腐蚀性能明显提高．

添加稀土Er于熔剂中对铸态AZ91镁合金组织与性能的影响

研究了熔炼时在熔剂(42%MnCl2+53%LiCl+5%CaF2,质量分数,%)中添加稀土Er对铸态AZ91镁合金显微组织、力学性能、断口形貌以及腐蚀行为的影响。结果表明:在熔剂中添加稀土Er能够去除镁合金熔炼过程中产生的熔剂夹杂,净化镁合金熔体,提高铸态AZ91镁合金的拉伸性能和耐腐蚀性能;当熔剂中添加10%的稀土Er时,镁合金的抗拉强度σb和伸长率δ分别从156MPa和1.8%上升到最大值220MPa和4.1%;同时,镁合金在5%NaCl水溶液中的腐蚀速率从1.20mg/(cm2.d)下降到最小值0.15mg/(cm2.d);然而,随着稀土Er在熔剂中添加量的进一步提高,合金中开始有φ-(Al7ErMn5)和τ-(Al66.7Mg23.3Er10)等含有稀土Er的相生成,消耗了合金中的Al和Mn元素,改变了β-(Mg17Al12)相的形态;而且沿枝晶界附近分布的粗大φ-(Al7ErMn5)相降低了枝晶之间的结合力,使得合金的σb和δ下降;同时,部分网状的β-(Mg17Al12)相断裂,呈离散的块状,导致合金的腐蚀速率增加;熔剂中添加稀土Er不改变镁合金的断裂机理,断裂机制仍为准解理断裂。

Nd和Ce对AZ91镁合金组织和力学性能的影响

利用SEM和XRD等方法研究了总含量为2.5%的单独或复合加入Nd和Ce的AZ91镁合金的铸态显微组织和相组成,并测试和分析了合金的室温力学性能。结果表明,单独加Nd和单独加Ce的AZ91合金中形成的稀土相分别是块状的Al2Nd相和针状的Al11Ce3相,二者混合加入时两种稀土相同时出现,两种稀土相的相对含量与两种RE元素的相对含量相关。当混合加入Nd和Ce时,合金的Al2Nd相中的部分Nd和Al11Ce3相中的部分Ce分别被Ce和Nd置换;Nd和Ce的加入可以明显改善AZ91合金的力学性能,其原因与稀土相消耗基体中部分Al、RE的晶粒细化、弥散强化等有关。其中AZ91+1.0Nd+1.5Ce合金的力学性能最好,其铸态合金的抗拉强度和伸长率分别达到240MPa和11%。

铈对AZ91镁合金腐蚀性能的影响

利用静态失重法、极化曲线和金相观察研究了Ce对AZ91镁合金在3.5%NaCl（质量分数）水溶液中的腐蚀行为.结果表明,加入少量的Ce（0.2%～0.8%,质量分数）显著降低合金的腐蚀速率,提高合金的平衡电位和腐蚀电位,降低腐蚀电流密度.而且含0.8%Ce的合金具有较好的耐腐蚀性能.腐蚀性能提高的原因主要归结为： Ce加入导致α-Mg晶粒明显细化,Al元素的偏析减轻,块状的β-Mg17Al12相变为非连续网状分布.

等温热处理过程中铸态AZ91镁合金的微观组织演化

铸态AZ91镁合金加热至液固相温度区间内等温热处理后演变成半固态金属,对淬火组织形态分析的试验表明:在高固相体积分数条件下,网状分布的共晶组织首先熔化,二次枝晶臂消失或熔断脱落并重新沉淀在枝晶主干上,在Gibbs-Thomson效应下,发生Ostwald熟化,固相颗粒由枝晶逐渐演变成球形颗粒,并随着热处理时间的延长发生合并现象,而且热处理温度越高晶粒间合并现象越严重。同时在界面能降低的驱使下,晶粒内部包裹的液滴以两种方式形成:晶粒内富Al、Zn的质点经过熔化、扩散、合并、或者脱落的二次枝晶臂沉淀后搭桥生长形成。

AZ91镁合金负压消失模铸造充型速度的研究

真空度、浇注温度及模样厚度对AZ91镁合金消失模铸造充型速度影响的全因子实验的结果表明 ,它们都对充型速度起积极的作用 ,真空度是决定充型速度的一个关键工艺参数。在不抽真空时 ,充型速度非常小且随充型过程的进行逐渐降低 ,浇注温度对充型速度的影响也很小 ;抽真空时 ,充型速度在充型过程中不断变化且呈现不出任何规律 ,其起伏的幅度随真空度、浇注温度和模样厚度的增大而增大 ;在真空度较低时 ,随着真空度和 或浇注温度的提高 ,平均充型速度迅速增大 ,真空度与浇注温度对充型速度的交互作用增强 ;在较高的真空度下 ,平均充型速度仍随浇注温度的提高而增大 ,但平均充型速度的增大速率却随真空度的进一步提高而降低 ,真空度与浇注温度对充型速度的交互作用很弱。模样厚度对平均充型速度影响在抽真空时有所提高。

AZ91镁合金的动态应力-应变行为及其应变率效应

利用Hopkinson压杆技术对AZ91镁合金进行了冲击压缩实验,分析了该合金在铸态和固溶及时效处理后的动态应力-应变行为及其应变率效应。结果表明:在102-103s-1应变率下,随应变率提高,AZ91镁合金在铸态和固溶及时效处理后的应力-应变曲线均具有先升高(正应变率效应)而后下降(负应变率效应)的特性,最大应变也连续增大,且随应变增加,流动应力显著增大。这主要是-αMg基体的加工硬化、-βMg17Al12相和Mg-Al-Mn相的晶界强化与沉淀强化、热软化及孔洞或裂纹的产生与发展所致。