轧后退火时间对轧制ZK60镁合金显微组织及力学和阻尼性能的影响

对大应变轧制态ZK60镁合金进行350℃退火处理,研究了退火时间(0~3 h)对其显微组织、阻尼性能和力学性能的影响。结果表明:随着轧后退火时间由0延长到3 h,ZK60镁合金发生静态再结晶的程度增大,平均晶粒尺寸由6.86μm增大至23.35μm,位错密度由3.5391×10^(15) m^(-2)减小至1.3368×10^(15) m^(-2),(0002)基面织构强度由12.782弱化至1.715,抗拉强度由309 MPa降低到291 MPa,断后伸长率由22.60%增大到28.60%。在应变振幅小于0.01时,轧后退火处理对合金阻尼性能的影响较小;在应变振幅大于0.01时,随着退火时间的延长,轧后退火态合金的阻尼性能提升。

ZK60镁合金搅拌摩擦焊接头疲劳裂纹扩展分析

利用龙门式FSW设备完成ZK60板材的对焊,通过实验测试研究接头疲劳裂纹扩展性能。研究结果表明:试样表面形成了许多微小的裂纹结构。处于初期疲劳断裂阶段时,在疲劳断口区域形成了裂纹扩展小刻面。裂纹到达稳定扩展阶段后形成扇形扩断口形貌特征,并且在稳定扩展区中形成了河流状花样,生成了众多解理面与解理台阶。疲劳焊接接头出现晶粒位向变化而发生协调变形的情况。当焊核区发生疲劳断裂后,将引起再结晶晶粒数量的显著减小。该研究有助于分析焊接头的力学性能,为设计优异的焊接头期待理论支撑意义。

超声表面滚压工艺对固溶态ZK60镁合金硬度梯度及显微组织的影响

采用超声表面滚压工艺,通过粗糙度测试、显微组织观察、硬度测试等方法,研究了不同滚压静压力和滚压道次对固溶态ZK60镁合金硬度梯度及显微组织的影响。结果表明:固溶态ZK60镁合金材料通过超声滚压后,样品获得了显微梯度组织和对应的梯度硬度变化;随着超声滚压的静压力(150、250、350 N)和滚压道次(6、9、12、15和18)的不断增大,样品的表层显微硬度值与梯度强化层深度也随之增大,表层的晶粒得到一定程度的细化;同时,表层显微组织形成的流变层更加明显,样品的表面完整性更好,样品的粗造度值最小为Ra=0.135μm,表层硬度值最大为130 HV。

轧制压下量对ZK60镁合金组织和阻尼性能的影响

研究了轧制压下量对ZK60镁合金显微组织及阻尼性能的影响。结果表明,随着轧制压下量增加,ZK60镁合金阻尼性能逐渐增强。在应变振幅为0.01%时,Q^(-1)值由铸态时的0.0127增加至轧制态(压下量为50%)时的0.0159(轧制面)、0.0204(侧截面)与0.0183(横截面)。合金(0002)基面织构强度随着轧制压下量增加而增强,由压下量10%时的6.547增加至压下量50%时的10.690,压下量对合金阻尼性能产生了一定影响;组织中再结晶体积分数增加对阻尼性能的影响起主导作用。

变形温度对复合挤压ZK60镁合金组织与性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、万能试验机等研究了变形温度对复合挤压ZK60镁合金组织与力学性能的影响。结果表明:经过不同温度复合挤压的ZK60镁合金晶粒细化,显微硬度、强度与塑性提高,拉压不对称改善。随着变形温度的下降,晶粒细化越明显,硬度值越高。200℃挤压试样的动态再结晶比较充分,晶粒细小,平均显微硬度达到77.8 HV,压缩屈服强度达到250 MPa,比挤压前分别提高20.6%与82.5%。250℃挤压试样的拉伸屈服强度为230 MPa,断后伸长率21.8%,比挤压前分别提高21.1%与24.6%。研究表明,复合挤压是一种有效提升镁合金性能的技术。

轧制方式与速度对ZK60镁合金热轧板显微组织和力学性能的影响

在不同轧制速度(512,768,1024 mm·s^(-1))下对均匀化退火态ZK60镁合金板进行4道次热轧,分别采用单向(4道次方向相同)和交叉(1,3道次方向与2,4道次方向垂直)2种轧制方式,研究了轧制方式和速度对镁合金板组织和力学性能的影响。结果表明:与单向轧制相比,交叉轧制镁合金板的组织均匀性和综合力学性能较好;随着轧制速度的增加,动态再结晶晶粒尺寸先减小后增大,抗拉强度先升后降,断后伸长率增大。在交叉轧制和768 mm·s^(-1)的轧制速度下,ZK60镁合金板可获得良好的组织和力学性能,此时镁合金板已基本发生完全再结晶,晶粒细小均匀,抗拉强度为322.4 MPa,断后伸长率为15.7%。

高应变速率载荷下ZK60镁合金的动态析出研究

采用霍普金森压杆(SHPB)对T4态变形ZK60镁合金进行了高应变速率动态加载实验,结果表明,随着应变速率增大,合金流变应力增大。透射电子显微镜观测结果表明,动态加载后合金内部有大量第二相析出。硬度测量结果表明,3 000 s^(-1)应变速率加载后样品硬度由T4态的64.40HV提高到了93.05HV。高应变速率形变过程中,合金内部产生了高密度位错,且基体中析出了大量β′1、β′2等强化相。

离焦量对ZK60镁合金激光表面熔凝组织及性能的影响

为改善镁合金的耐蚀性,通过激光表面熔凝工艺在ZK60镁合金表面制备熔凝层。采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、显微维氏硬度计、电化学工作站分析了熔凝层的组织结构、表面形貌、显微硬度和耐蚀性。结果表明,激光表面熔凝处理可极大程度细化镁合金晶粒,熔凝层的厚度和粗糙度随激光离焦量的增大而减小,熔凝层由细小等轴晶和柱状晶组成,相组成主要为α-Mg相和MgZn2相。当离焦量为5 mm时,镁合金熔凝层的表面形貌和耐蚀性达到最佳,与未处理镁合金相比,熔凝层的显微硬度提高约36.1%,腐蚀电位向正向移动约0.097 V。

ZK60镁合金激光表面熔凝处理及性能研究

为提高ZK60镁合金的耐腐蚀性能,采用激光表面熔凝的方法在镁合金表面制备激光熔凝层,研究扫描速度对镁合金熔凝层形貌、微观组织、显微硬度及耐腐蚀性能的影响。采用光学显微镜、X射线衍射仪等仪器,观察分析熔凝层的表面及横截面形貌、粗糙度和显微组织,采用显微维氏硬度计测试分析熔凝层横截面的显微硬度,采用电化学工作站测试分析熔凝层的耐腐蚀性能。结果表明,激光表面熔凝处理在镁合金表面形成了厚度约为100~180μm的熔凝层,熔凝层厚度和表面粗糙度随扫描速度的降低而增加。熔凝层由细小等轴晶和放射状柱状晶组成,晶粒尺寸约1.5μm,熔凝层的相组成为α-Mg相和MgZn_(2)相,显微硬度比基体提高了约33.7%。当扫描速度为25 mm/s时,镁合金熔凝层的自腐蚀电位比未处理镁合金向正向移动了0.118 V,自腐蚀电流密度比未处理镁合金降低了约2个数量级,耐腐蚀性达到最佳。

轧制方式对ZK60镁合金组织与性能的影响

目的通过显微组织表征和拉伸性能测试等方法,研究轧制温度、多道次累积压下率及轧制路径对ZK60镁合金组织演变和力学性能的影响。方法通过在不同温度(300、340、380、420℃)与同一多道次累积压下率下进行轧制实验,明确了后续轧制实验的轧制温度。随后在同一温度、单个道次压下率为10%、不同累积压下率下进行多道次单向轧制及交叉轧制实验,并对轧制后试样的力学性能及微观组织进行分析。结果当轧制温度为380℃、累积压下率为40.1%时,材料动态再结晶程度最大,平均晶粒尺寸减小为15.48μm,合金抗拉强度和断后伸长率最大,分别为301.46MPa和20.56%。与多道次单向轧制相比,交叉轧制后合金板材基面织构强度明显降低,极密度值降低为9。材料RD方向的抗拉强度提高了6.35%,断后伸长率没有明显变化,TD方向的抗拉强度略微下降,但断后伸长率提高了71.47%,TD方向由脆性断裂转为韧性断裂。结论随着温度与累积压下率的上升,ZK60镁合金的动态再结晶程度提高,晶粒得到细化,材料力学性能得到提升。在相同温度与累积压下率下,经交叉轧制后,材料基面织构显著削弱,材料的各向异性得到改善。

多向压缩对ZK60镁合金微观组织和耐腐蚀性能的影响

为研究温度对铸态ZK60镁合金多向压缩过程中组织演变的影响,测试多向压缩后试样的电化学极化曲线,分析试样的腐蚀行为。结果表明:随着压缩温度的提升,试样晶粒得到一定程度的细化,且晶粒变得更加均匀;随着压缩温度的上升,合金的自腐蚀电流密度先上升后减小,400℃下晶粒充分破碎长大,试样的晶粒细化且均匀,表面可形成致密的氧化膜,析出相被破碎细化并回溶到基体中,微电偶腐蚀作用减弱,该温度下压缩试样自腐蚀电流密度最低。

铒和钕对铸态ZK60镁合金显微组织和力学性能的影响

研究了铒和钕对铸态ZK60镁合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:ZK60镁合金中添加Er或Nd能够细化晶粒,改变合金的显微组织。当ZK60镁合金中加入1.0%(质量分数)的Er或Nd具有最佳的细化效果,与原ZK60镁合金晶粒尺寸相比较,晶粒的平均直径由原来的33.0μm分别减少至23.6和25.2μm。添加Er或Nd的ZK60镁合金形成含有Er或Nd的稀土共晶相,其熔点为518℃。稀土共晶相对晶粒具有钉扎作用,提高合金在150℃时的抗拉强度。稀土共晶相的形态和分布对室温力学性能有显著影响。含有Er的共晶相析出数量较少,沿晶界不连续分布,提高合金室温强度的同时塑性略有改善,而含有Nd的共晶相形态粗大,析出数量较多,沿晶界网状连续分布,合金固溶强化效果明显减弱,室温强度和塑性均降低。

ZK60镁合金热变形过程中的动态再结晶动力学

采用Gleeble-1500热模拟机对ZK60镁合金在温度为200-400℃、应变速率为0.001-10 s-1、最大变形量为60%的条件下进行恒应变速率高温压缩实验,研究高温变形过程中合金的动态再结晶行为;采用EM模型描述合金的动态回复曲线,以此为基础,得出ZK60合金热压缩过程中的动态再结晶动力学Avrami方程。利用有限元模拟合金热压缩过程中的动态再结晶。结果表明：ZK60合金热压缩过程中由于存在动态再结晶的软化作用,流变应力达到峰值后逐渐减小,并最终达到稳态;随着变形量的增加和变形温度的升高,动态再结晶体积分数增加,合金变形更加均匀;随着应变速率的增加,动态再结晶分数有所减小,且变形也更不均匀。

等通道角挤压制备细晶ZK60镁合金的组织与力学性能

利用两种等通道角挤压(ECAP)方法(普通单步ECAP和两步ECAP)制备细晶ZK60合金。采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对合金的组织和织构进行观察,通过拉伸试验研究不同ECAP方法对合金力学性能的影响。结果表明:与单步ECAP变形相比,两步ECAP变形,由于降低了变形温度,晶粒细化效果更好;经过(240℃,4道次)+(180℃,4道次)两步ECAP变形后,合金晶粒细化至约0.8μm;合金的力学性能与材料的织构密切相关,由于存在织构软化效应,与挤压态相比,经单步ECAP变形后合金的强度有所降低,而伸长率明显提高;但经两步ECAP变形后,由于细晶强化和亚结构强化的作用,合金的强度得到提高。

多向锻造ZK60镁合金组织和性能的均匀性

采用空气锤对ZK60镁合金进行多向锻造变形,研究锻坯的组织演变以及组织和性能均匀性。结果表明,锻锤与锻坯之间摩擦力的作用造成不均匀变形,使锻坯芯部的实际变形量大于边部的。累积应变∑Δε=3.3时,锻坯芯部组织为蜂窝状粗大再结晶组织和岛状细小再结晶组织,而边部组织则由蜂窝状粗大再结晶组织和呈岛状分布的孪晶组成;其抗拉强度从边部到芯部逐渐降低,而伸长率则由边部向芯部逐渐升高。锻坯力学性能存在一定的各向异性,但锻坯各方向抗拉强度在310.6-323.9 MPa之间,伸长率在21.9%-29.7%之间,表明该工艺可以有效地避免强烈的各向异性,是制备高性能变形镁合金的理想工艺。

往复挤压变形对ZK60镁合金力学性能的影响

ZK60镁合金经350℃往复挤压8道次后,晶粒尺寸显著细化,平均晶粒尺寸从约20μm细化到约1.5μm,组织均匀性大大改善.经往复挤压后,丝织构转变为{10(?)3}〈30(?)2〉+{10(?)1}〈1(?)43〉织构,且最大极密度下降.由于组织的细化和织构的改变,ZK60镁合金的室温轴向压缩屈服强度大幅度提高,轴向拉伸屈服强度有所下降,合金的拉压强度差异性基本消除;同时,合金的塑性明显提高,尤其是在压缩条件下,延伸率从15%增加到38%.

ZK60镁合金型材挤压过程有限元数值模拟

本文运用DEFORM-3D平台对ZK60变形镁合金型材挤压过程进行了数值模拟.分析了变形温度(T=300℃/350℃)、变形速度(V=2、5mm/s)对合金等效应变、等效应力、温度场以及变形载荷的影响规律.结果表明:温度对等效应力影响显著,变形温度从300℃升高到350℃,合金最大等效应力从75MPa降低到55MPa;变形速度对温升影响显著,挤压速度由2mm/s升高到5mm/s,合金最大温升由81℃升高到118℃.确定了ZK60合金在挤压比为25时,适宜的挤压温度为350℃,挤压速度应在5mm/s以下.

ZK60镁合金铸态显微组织分析

作为高强度变形镁合金研究的基础工作,较系统研究了ZK60镁合金的铸态组织。光学显微分析表明,铸态组织中存在很明显的枝晶;有相当数量的共晶组织沿晶界或枝晶边界断续分布。差热分析(DSC)表明,在加热和冷却速度分别为15K/min和10K/min时共晶组织的熔化温度为345℃,凝固析出温度为328.7℃。X-衍射分析初步确定,在铸态ZK60镁合金中主要有α-Mg,MgZn,MgZn23种合金相。透射电子显微分析发现,共晶组织类型、组成和分布具有多样性,选区电子衍射花样标定共晶组织主要由α-Mg和MgZn两相构成。

ZK60镁合金热压缩变形流变应力行为与预测

在变形温度为523—673 K,应变速率为0.001—1 s^(-1)的条件下,采用Gleeble-1500热模拟试验机对ZK60镁合金的热变形行为进行了研究.结果表明,ZK60镁合金流变应力随变形温度升高和应变速率的降低而减小.其高温压缩流变应力曲线可描述为加工硬化、过渡、软化和稳态流变4个阶段,但在温度较高和应变速率较小时,过渡阶段不很明显.建立了一个包含应变的流变应力预测模型,模型中的9个独立参数可以通过非线性最小二乘法拟合求得,预测的流变应力曲线与实验结果吻合较好.

不同磁场作用下ZK60镁合金的凝固组织

实验研究了镁合金ZK60在无磁场、低频交变电磁场和静磁场作用条件下凝固的微观组织形貌及合金元素的分布;此外还数值模拟了凝固过程中的磁场分布·实验结果表明,在镁合金的凝固过程中施加低频交变电磁场或静态磁场都能有效细化晶粒及影响合金元素在晶内和晶界上的分布,并且晶界上的网状共晶组织变得不连续;在相同电源电压的条件下,静磁场细化晶粒的效果明显优于低频磁场,在静磁场条件下,聚集在晶界上的共晶化合物显著减少,在晶内和晶界附近存在大量弥散的近似球状化合物质点,这有利于提高镁合金的综合性能·