铸态Mg-Zn-Y-Zr合金的耐蚀性研究

通过失重法、析氢法、电化学、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)等试验方法,研究了Zn元素对铸态Mg-xZn-0.5Y-0.5Zr(x=0.83%、1.56%和2.80%,质量分数)合金在模拟体液中耐蚀性的影响。研究结果表明:随着Zn含量的增加,3种合金中的W相(Mg3Zn3Y2)含量也增加;Zn元素含量为1.56%和2.80%的合金,沿晶界开始出现了I相(Mg2Zn6Y)。电化学结果表明Zn的添加使得合金的腐蚀电流密度从1.100 mA/cm^(2)降低到0.423 mA/cm^(2)。合金内部的电荷转移电阻从59.95Ω提高到165.35Ω,腐蚀速率降低到9.11 mm/a,此时抗腐蚀产物膜破裂的性能最好。此外,通过研究发现合金的腐蚀产物为MgO、少量ZnO和磷灰石。

Mg-Zn-Y-Zr合金热裂敏感性的研究

由于镁合金凝固温度区间很长,所以容易产生热裂。作为新型的高强度变形镁合金,Mg-Zn-Y(ZW系)合金在半连续铸造过程中极易发生热裂。采用"CRC"(Constrained Rod Casting)铸造热裂试验及冷却曲线热分析方法研究了ZW系中ZW22、ZW42、ZW44、ZW26、ZW62合金的凝固路径,凝固最后阶段剩余液相分数以及锆细化等因素和其热裂倾向的关系。热裂纹位置因子、宽度因子等热裂敏感性因子的表征结果表明,合金的热裂倾向从大到小顺序为:无Zr的ZW62>ZW62>ZW22,ZW42和ZW44>ZW26合金。无Zr的ZW62合金比其他合金具有更大热裂倾向与几方面因素有关:具有最长的凝固温度区间;从枝晶干涉点到凝固终了温度间形成W相,阻碍枝晶间剩余液体的流动性,不利于枝晶间补缩;最后凝固阶段剩余液相最少,且该阶段固相分数随温度降低增长缓慢;粗大组织和发达的枝晶。

热处理对Mg-Zn-Y-Zr合金组织及性能的影响

研究了热处理对Mg-0.8Zn-0.15Y-0.6Zr合金微观组织、力学性能及阻尼性能的影响。结果表明:合金铸态及热处理态的微观组织均由α-Mg和(Mg3YZn6)相组成,(Mg3YZn6)相在热处理过程中表现出良好的热稳定性;热处理温度为400℃时,组织中有富Zr的α-Mg新相析出。与铸态相比,合金热处理后的抗拉强度最大提高了15.2%,伸长率最大提高了10.4%。随着热处理温度的升高,合金应变振幅无关阻尼性能逐渐降低。

快速凝固Mg-Zn-Y-Zr合金条带的组织和性能研究

采用普通凝固和快速凝固技术制备Mg-5Zn-1Y-0.6Zr合金,用XRD,SEM,显微硬度测量等分析方法研究其凝固组织和性能特征。结果表明,普通凝固合金由α-Mg固溶体和在晶界处呈不连续网状分布的三元相I-(Mg3Zn6Y)准晶相和W-(Mg3Zn3Y2)相组成。快速凝固合金晶粒细化并产生非晶相,晶间化合物全部转化为准晶I相。非晶相的出现及显微组织细化是造成快速凝固合金条带显微硬度提高的主要原因。快速凝固合金条带的显微硬度随冷速提高显著增大,最大值HV167.23是普通凝固合金的2.2倍。

不同Zn含量对Mg-Zn-Y-Zr合金组织和性能的影响

研究了不同Zn含量对Mg-Zn-Y-Zr合金组织和力学性能的影响。结果表明,当Zn含量较低时,合金微观组织由α-Mg和I相组成,而当Zn含量较高时,组织中会出现W相。随着Zn含量的增加,合金的抗拉强度逐渐增加,而伸长率逐渐下降。当Zn含量为6.0wt%时,合金的抗拉强度达到最大值为244.6MPa,再增加Zn含量,由于微观组织中W相的出现,合金的抗拉强度有所降低。

钇对Mg-Zn-Y-Zr合金热裂敏感性影响

基于Clyne-Davies模型对Mg-6.5Zn-xY-0.5Zr合金热裂敏感性进行预测,并通过"T"型热裂模具对热裂纹萌生时的温度和固相量等进行表征,采用扫描电子显微镜和X射线衍射等手段,分析析出相对合金热裂敏感性的影响。结果表明:合金热裂倾向由大到小的顺序为Mg-6.5Zn-2Y-0.5Zr、Mg-6.5Zn-0.5Y-0.5Zr、Mg-6.5Zn-1Y-0.5Zr、Mg-6.5Zn-4Y-0.5Zr和Mg-6.5Zn-6Y-0.5Zr。组织中含有I相合金的热裂敏感性要高于含有W相的合金,同时,含有I相和W相合金的热裂敏感性则高于只含有I相或W相的合金。研究还发现,易脆区域ΔTC是反映镁合金热裂敏感性的一个重要参数,合金的ΔTC值越高,合金的热裂敏感性也越高。

稀土元素Y对挤压态Mg-Zn-Y-Zr合金的微观组织及力学性能的影响

目的研究Y含量对Mg-Zn-Y-Zr镁合金棒料的显微组织和力学性能的影响规律,为镁合金成分设计提供参考。方法通过对7种Y含量不同的Mg-Zn-Y-Zr镁合金挤压棒料的显微组织及室温拉伸/压缩力学性能测试,分析Y元素对挤压态镁合金组织和力学性能的影响。结果随着Y的质量分数由0%增加到2.4%,挤压态Mg-Zn-Y-Zr的平均晶粒尺寸由17.9μm减小到7.2μm,拉伸屈服强度由161.2MPa升高至230.8 MPa,压缩屈服强度由127 MPa升高至209 MPa。结论挤压态Mg-Zn-Y-Zr镁合金的晶粒随Y元素含量的增加逐渐细化,室温拉/压强度随Y含量的增加而升高,但相比拉伸屈服强度,镁合金压缩屈服强度随Y含量增加升高得更明显一些。Y含量的增加利于Mg-Zn-Y-Zr镁合金拉压不对称性的改善。

球状晶组织的制备及其对Mg-Zn-Y-Zr合金阻尼性能的影响

通过对Mg-3.0%Zn-0.6%Y-0.6%Zr合金(ZWK3)进行近液相线浇注和气泡搅拌法浇注,制备了含有球状晶组织的准晶增强镁合金,并研究了球状晶组织镁合金的组织特征和阻尼性能。研究发现,在低于合金液相线10℃时进行低温浇注,合金中出现球状晶组织;通过在合金液相线下6℃进行气泡搅拌处理,得到了大量细小圆整的球状晶组织。凝固组织的形态对合金的阻尼能力具有很大影响。球状晶组织的存在使Mg-3.0%Zn-0.6Y-0.6%Zr合金(ZWK3)的阻尼性能有很大的提高,具体表现为球状晶分布越均匀,颗粒圆整度越高,对材料阻尼性能的贡献也越显著。含有球状晶组织的镁合金其阻尼行为可由G-L模型解释。

准晶Ⅰ-相增强Mg-Zn-Y-Zr合金组织与力学性能研究

采用普通凝固制备了准晶Ⅰ-相增强的Mg-Zn-Y-Zr合金。保持Zn/Y(at%)不变,通过Zn、Y含量变化研究准晶Ⅰ-相对合金铸态组织和力学性能的影响。结果表明,铸态合金由枝晶状α-Mg和枝晶间分布的Ⅰ-相以及层片状的α-Mg/I-phase共晶组织组成。随着Zn、Y含量的增加,合金中的准晶Ⅰ-相以及层片状α-Mg/I-phase共晶组织逐渐增多,但合金的晶粒尺寸明显减小;铸态合金的硬度和抗拉强度随Zn、Y含量的增加而增加,拉强度达到216 MPa,伸长率随Zn、Y含量的增加呈现出先上升后下降的趋势,拉伸断口为准解理断裂。

高压强对Mg-Zn-Y-Zr合金凝固组织及性能的影响

采用挤压铸造方法探讨了高压强作用下Mg-6Zn-1.4Y-0.6Zr(ZW61)合金的凝固组织及性能变化。结果表明:当凝固压强从0 MPa逐渐增高至800 MPa时,ZW61合金组织被大幅度细化,缩松减少。随着挤压压强增大,平均晶粒尺寸及第二相准晶I相的体积分数不断减小。由于组织细化及零件的致密化,增高压强导致力学性能特别是伸长率显著提高。当挤压压强为800 MPa时,ZW61合金的铸态抗拉强度和伸长率分别为243 MPa和18.7%,比重力铸造时的分别提高35%和118%。

离心铸造Mg-Zn-Y-Zr合金的显微组织与力学性能

采用离心铸造法和金属型重力铸造法制备了Mg-6wt%Zn-1wt%Y-0.5wt%Zr(简写为ZW61,下同)合金,比较了合金的铸态显微组织及力学性能。结果表明,离心铸造镁合金的晶粒组织得到明显细化,力学性能得到显著提高。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)研究了ZW61合金的显微组织相组成,基体相均为α-Mg相,ZW61合金的第二相由I相(Mg3Zn6Y)和W相(Mg3Zn3Y2)组成。根据ImageJ软件分析,离心铸件第二相的面积分数比金属型铸件的小,离心铸造中共晶转变L→α-Mg+W和共析转变L+W→α-Mg+I被抑制,导致I、W相减少,形成以过饱和初生相α-Mg为主的凝固组织。离心铸件的塑性特征优于金属型铸件。

Al-Mg系合金中合金化元素作用及其对力学性能的影响

铝镁合金是轻量化材料应用领域中一种重要的金属材料,属于中高强度铝合金,具有较高的塑性、良好的耐蚀性以及优良的焊接性等优势,目前在航空航天、交通运输和军工制造等领域具有广阔的应用前景。笔者综述了铝镁合金力学性能特点以及用途,介绍了Al-Mg系合金中的强化机制,重点阐述了Al-Mg系合金中主合金化元素Mg及其含量对合金微观组织和力学性能的影响规律及机理,详细论述了Mn、Zr、Ti、Sc、Er、Y等微合金化元素的作用以及对Al-Mg系合金微观组织和力学性能的影响规律。最后,结合Al-Mg系合金当前研究现状,提出了今后值得研究的方向。

TiC对Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金非晶形成能力、微观组织及热稳定性的影响

铁基非晶合金存在非晶形成能力低、室温塑性差等问题,极大地限制了其在工程中的应用。基于“近混合焓+有效原子尺寸差”非晶合金成分设计理念设计了Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)全金属组元粉末,采用机械合金化球磨工艺成功制备出非晶态合金粉末,并研究了TiC陶瓷粉末的加入对Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金粉末非晶形成能力、微观形貌和热稳定性的影响。结果表明:Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金粉末具有较好的非晶形成能力和热稳定性,TiC陶瓷粉末均匀稳定的分布于Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)非晶合金粉末中。添加质量分数15%TiC陶瓷粉末延缓了球磨过程中Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金粉末的合金化和非晶化进程,降低了热稳定性,使得球磨后粉末粒度变小,分布范围变宽。该项工艺可制备出具有较大室温塑性的大块铁基非晶合金原始粉末。

CoCrFeNiW_(x)高熵合金在室温及900℃下的摩擦磨损性能

采用真空电弧熔炼技术制备了CoCrFeNiW_(x)(x=0.25、0.5、0.75及1.0)系列高熵合金,研究了W元素含量对合金晶体结构、显微组织、力学性能以及室温与900℃摩擦学性能的影响.结果表明:合金中W含量较低时形成单相面心立方(FCC)固溶体,W含量较高时会促进金属间化合物μ相的形成,随着W含量提升,合金显微组织由FCC胞状树枝晶(x=0.25)转变为FCC树枝晶及晶间层片状(FCC+μ)共晶组织(x=0.5、0.75),最后转变为FCC基体上分布的粗大树枝状μ相(x=1.0).由于W元素的固溶强化及原位生成金属间化合物μ相的第二相强化作用,使合金的强度和硬度等力学性能显著增加的同时塑性降低.在试验载荷为10 N,滑动速度0.3 m/s的测试条件下,CoCrFeNiW_(x)系列高熵合金与Si_(3)N_(4)陶瓷球配副时的球-盘摩擦试验结果表明:W元素的添加显著改善了合金的室温耐磨性,但对摩擦系数的影响较小;而900℃摩擦时,摩擦表面形成的多元复合氧化物摩擦釉质层具有良好的减摩抗磨作用,特别是W元素氧化产生的WO_(3)显著降低了摩擦系数,从而显著提升了合金的高温摩擦磨损性能.本文中研究的系列高熵合金中,CoCrFeNiW_(0.75)高熵合金室温下的屈服强度为863 MPa,抗压强度达1 250 MPa,900℃仍能保持446 HV的硬度,并在室温及900℃下均具有良好的摩擦磨损性能,具有良好的工程应用前景.

高温合金熔化焊的研究现状及发展趋势

综述了高温合金熔化焊的研究进展.对电弧焊、电子束焊和激光焊等常见高温合金熔化焊工艺技术的优势和应用范围进行了阐述;介绍了常见的焊接裂纹类型,并对凝固裂纹、晶界液化裂纹、应变时效裂纹和失塑裂纹的形成机理及影响因素进行了概括总结;此外,从热输入、材料的成分和微观结构以及焊接残余应力等方面探讨了提高熔化焊焊接性的主要技术方法.由于母材合金成分和组织结构与焊接性能密切相关,在未来的发展中,应加强对新兴高温合金和传统不可焊高温合金等的成分设计,此外,也应关注焊接工艺技术的完善以及焊前和焊后处理方法的改进,协同提高高温合金的焊接性能,促进高温合金熔化焊的广泛应用.

阴极电流密度对6061铝合金在含Na_(2)WO_(4)电解液中微弧氧化膜结构和耐磨性能的影响

目的 研究恒流模式下阴极电流密度对6061铝合金在含Na2WO4的电解液中制备的微弧氧化膜厚度、形貌、相组成及耐磨性能的影响。方法 固定阳极电流密度为5.0 A/dm^(2),阴极电流密度分别为0、1.25、2.5、3.75、5.0 A/dm2,对6061铝合金进行微弧氧化40 min。用涡流测厚仪测量了氧化膜的厚度,用扫描电镜观察了微弧氧化膜的表面形貌和截面形貌,用能谱分析仪分析了氧化膜的表面成分,用X射线衍射分析仪分析了微弧氧化膜的相组成,用往复式摩擦磨损试验机测试了氧化膜的耐磨性能。结果 随着阴极电流密度的增加,氧化膜内的W含量逐渐减少,氧化膜颜色逐渐变浅,氧化膜厚度逐渐增加。微弧氧化膜的主要组成相为α-Al2O3和γ-Al2O3。当阴极电流密度从0 A/dm2增加到3.75 A/dm2时,氧化膜内孔洞的数量和尺寸逐渐减少,孔洞到氧化膜/基体界面的距离逐渐增加,氧化膜的耐磨性能逐渐提升。当阴极电流密度为3.75 A/dm2时,氧化膜的磨损率最低,仅为1.07×10-4mm3/(N·m)。但阴极电流密度增加到5.0 A/dm2时,氧化膜表层出现孔洞和剥落,耐磨性能下降。结论 阴极电流的加入有助于增加6061铝合金微弧氧化膜的厚度,提高氧化膜的致密性和耐磨性能,但过高的阴极电流会导致氧化膜表层出现孔洞,降低耐磨性能。

Fe对Ni-Mn-Ga合金微丝形状记忆效应的影响

以Ni-Mn-Ga合金微丝为基础分析Fe元素掺杂前后对合金微丝的形状记忆效应的变化。用真空磁控钨极电弧熔炼炉制备Ni-Mn-Ga-Fe合金,并用高真空精密熔体抽拉设备将母合金制备成微丝。采用EDS能谱分析仪、DSC差示扫描量热分析仪、XRD、DMA动态机械分析仪,研究Fe元素掺杂Ni-Mn-Ga合金微丝后的物相、马氏体相变行为、微丝的形状记忆效应。结果表明,Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝显示的是四方结构马氏体相和面心立方结构奥氏体相的混合相,对微丝采用步进式阶梯有序化热处理,有序化热处理能有效降低微丝内部缺陷,释放内应力,细化微丝内部晶粒,收缩晶格体积,马氏体孪晶界面更加平直,孪晶面更易移动,微丝的伸长率提高。在258 K下对制备态Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行单程形状记忆的测试,拉伸到350 MPa后卸载到0 MPa,随后将微丝升温到奥氏体态后,应变恢复率为78.75%,而在289K对有序化热处理态Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行单程形状记忆测试,应变恢复率达到100%。在126 MPa和240 MPa下分别对有序化热处理态三元Ni-Mn-Ga合金微丝和Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行恒应力拉伸,两种微丝双程形状恢复能力均接近100%,但Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝在发生形变时的弹性应变储能略高于Ni-Mn-Ga合金微丝。Fe的加入使得到的合金微丝的力学性能高于传统三元形状记忆合金微丝;制备态下和热处理态的Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝的马氏体相变温度较Ni-Mn-Ga合金微丝分别提高6.0 K和11.5 K,热滞分别降低6.7 K和1.5 K。

铝合金塑性成形粗晶现象的研究进展

铝合金经过热塑性变形或者塑性变形+热处理后,可能发生晶粒异常长大而形成粗晶。粗晶会大幅降低构件的力学性能、耐腐蚀性能和抗疲劳性能,因此必须得到有效控制。对铝合金塑性成形粗晶的研究主要集中在2×××、6×××、7×××系热处理可强化型铝合金以及5×××系热处理不可强化型铝合金,研究内容已经覆盖塑性成形工艺、热处理制度、微观组织演变、数值仿真模拟等方面。为了明晰铝合金塑性成形构件粗晶现象的研究现状,为相关研究提供参考,对铝合金塑性成形粗晶现象的研究进展进行了梳理。首先,分析了材料成分、变形温度、变形速度、固溶温度、固溶时间和模具结构对晶粒异常长大的影响;其次,从晶粒取向分布、应变诱导储能和第二相钉扎作用的角度总结了晶粒异常长大的机理;再次,归纳了包括改变坯料初始状态、合理的锻造技术和中间形变热处理等有效抑制粗晶产生的方法;最后对未来的研究方向进行了展望。

高温高应变率下钛合金Ti6Al4V的动态力学行为及本构关系

采用分离式霍普金森压杆实验技术,研究了钛合金Ti6Al4V在温度为25~800℃、应变速率为2 000~7 000 s-1的冲击压缩下的动态力学行为和微观组织演变,分析了其力学响应的温度依赖性和应变率敏感性,构建了可准确表征材料塑性流动行为的修正Johnson-Cook模型。结果表明,Ti6Al4V具有显著的应变硬化、应变率强化、应变率增塑和温度软化效应。随着加载温度和应变率的升高,材料的应变硬化效应减弱。温度敏感性随加载温度的升高而显著降低。应变率敏感性因子与加载温度呈负相关,随真实应变的增大呈下降趋势。高温高应变率下细小等轴α相、拉长型α相和块状α相取代初始等轴α相成为Ti6Al4V微观组织的典型特征。考虑率-温耦合作用和绝热温升影响的修正Johnson-Cook模型能够准确地预测Ti6Al4V的塑性流动应力-应变响应。

Mg-8Gd-(0,3)Sm-0.5Zr合金的动态再结晶生长动力学

利用铸造法制备了Mg-8Gd-(0,3)Sm-0.5Zr合金,并进行了525℃均匀化处理8 h,随后在温度为350~500℃及应变速率为0.002~1 s^(-1)的条件下进行热压缩试验,绘制并分析合金热压缩后的真应力-真应变曲线,构建其动态再结晶生长动力学双参数模型,并分析了合金生长动力学曲线特点及显微组织特征。结果表明:两种合金在热压缩时均发生了动态再结晶,通过双参数模型绘制动态再结晶动力学曲线,发现在高温低应变速率热压缩时,在真应变约0.2时,合金的动态再结晶的体积分数迅速增加至90%以上。对比分析Sm元素添加后的动态再结晶动力学曲线,发现Sm元素促进动态再结晶的进行,尤其在高温低应变速率热压缩时,在变形初期Sm的促进作用更明显。