Mg-Gd-Y合金及其构件的组织与性能研究

目的针对VW103(Mg-10Gd-3Y)和VW63(Mg-6Gd-3Y)2种铸造镁合金,从材料微观结构入手,探讨分析2种合金力学性能差异性,获取了2种镁合金在工程应用中的铸造性能及其力学特性。方法采用热分析法和改进的裂纹环试样等方法,开展2种合金的凝固温度范围和铸造裂纹倾向研究。测量和分析其凝固温度范围、液态流动性、热态和冷态下的材料抗裂性能,获得Mg-Gd-Y稀土铸造镁合金的铸造特性;基于构件本体不同区域取样,获得Mg-Gd-Y合金在室温和150℃下的力学性能,并对整体铸件结构的承载能力和稳定性进行评估。结果在铸造性能方面,热态下脱模,VW103和VW632种合金均未出现开裂现象;冷态下脱模,VW103合金试样出现开裂。在力学性能方面,与VW103合金相比,VW63合金具有更好的综合力学性能,VW63合金铸件本体试样在高温(150℃)条件下拉伸性能均值为320 MPa,表现出优异的力学性能。结论VW63合金具有更好的力学性能和铸造性能,采用VW63合金、树脂砂反重力方法制备的整体铸件满足了结构承载能力需求,并且在测试过程中铸件位移(变形)与载荷和加载时间呈现出良好的线性关系,证实了VW63铸件的安全性与可靠性,可为VW63合金的后续应用提供参考。

高压热处理对TC11钛合金组织及力学性能的影响

目的为提高TC11钛合金的力学性能,对TC11钛合金进行了高压热处理实验研究,并分析了高压热处理对TC11钛合金组织及力学性能的影响规律。方法采用六面顶压机对退火态的TC11钛合金试样进行高压热处理实验,高压热处理工艺流程如下:分别在1、3、5 GPa压力下,将原始态TC11钛合金试样加热至1000℃,保温20 min后冷却,然后对高压处理后的试样进行微观组织分析。利用X射线衍射仪(XRD)分析试样物相组成,利用场发射电子显微镜(SEM)分析微观组织形貌和断口形貌,利用透射电子显微镜(TEM)观察试样相形貌和位错密度。通过纳米压痕实验机、维氏硬度计、力学实验机等,测试经过处理的钛合金的室温硬度和力学性能。利用热模拟实验测试TC11钛合金试样400℃时的压缩强度。结果高压热处理有效提高了TC11钛合金试样的塑性变形抗力、硬度和抗压强度。TC11钛合金在3 GPa高压热处理工艺下的室温硬度、室温抗压强度和400℃抗压强度分别为378HV、1610 MPa和1442 MPa,与相同工艺的常压热处理相比,分别提高了12.84%、9.89%、8.58%。结论高压热处理可细化TC11钛合金微观组织,提高基体的位错密度,从而有效提升了TC11钛合金的综合力学性能。

不同相组成铸态Mg-xLi-1Al合金的阻尼性能(英文)

采用真空熔炼法制备三种不同相态的Mg-xLi-1Al三元合金,并使用光学显微镜、X射线衍射分析及动态力学分析仪研究其显微组织及阻尼性能。结果表明:由于锂含量的增加,合金的相结构发生转变且出现新的阻尼机制,其中BCC结构的出现使阻尼性能显著提高,同时弹性模量的减小也使临界应变振幅值降低。两相共存状态的合金随温度变化表现出较高的阻尼现象,并在低温与高温区均出现两个较为明显的峰值,其中低温区的P1峰是位错阻尼峰,高温区的P2峰是晶界阻尼峰。

长周期堆垛相对Mg-Zn-Y合金的阻尼性能影响（英文）

采用氩气保护条件下真空熔炼的方法熔炼出MgZn_x Y_(1.33x)(x=1~4at.%)合金,并运用SEM、XRD及阻尼测试方法对合金的组织结构和阻尼性能进行分析和讨论。结果表明,合金中主要包含镁基体和长周期堆垛相,随着Zn和Y含量的增加,合金中晶粒逐步细化,长周期堆垛相含量增多,并且针状或带状的长周期堆垛相互穿插在一起。阻尼测试的结果表明,长周期堆垛相的增加有利于镁合金的阻尼性能,Mg-7%Zn-12.8%Y合金在高应变阶段阻尼最优,其阻尼值达到0.04。

结构对变形镁合金减振性能的影响

采用有限元模拟对不同筋板布置方式的AZ31镁合金型材进行了瞬时动态数值模拟,并通过激励响应特性对AZ31镁合金型材的减振效果进行评估。结果表明:相同激励下,三角形筋板布置的镁合金型材减振性能优于其他形状筋板布置的型材,其中矩形筋板布置的镁合金型材减振性能最差。而后对模拟结论进行实验验证,实验结论与模拟相一致。最后,结合实验结果,对矩形筋板的布置方式提出优化改进方案,通过进一步的模拟计算发现型材整体变形、受力等都得到有效改善。

结合MOOC的研究生课程探索和实施

当前,MOOC所表现出的特点和优势很好地符合目前研究生培养课程体系改革的要求,可促进研究生课程建设。中北大学材料科学与工程学院以研究生课程计算材料学为试点,探索推动MOOC在研究生培养发展中的运用,并完善和健全MOOC的研究生教育的模式和考评机制,运用灵活的讲授方式和多元化的评价机制,促进研究生自我动手以及思考的能力。通过研究生教育实施中利用MOOC,实现改善现有研究生课程体系存在的部分教育资源短缺、前沿性不足等问题,促进当前研究生教育的发展和提高教育质量。

Zn添加对铸造Mg-Gd-Y-Zr合金组织和力学性能的影响（英文）

研究Zn添加对Mg-10Gd-3Y-0.6Zr(wt.%)合金在铸态、固溶态和峰时效态下显微组织和力学性能的影响。实验结果表明,不含Zn的铸态合金由α-Mg和Mg_(24)(Gd,Y)_5相组成,而含0.5wt.%Zn的铸态合金由α-Mg、(Mg,Zn)_3(Gd,Y)和Mg_(24)(Gd,Y,Zn)_5相组成。随着Zn含量增加到1 wt.%,Mg_(24)(Gd,Y,Zn)_5相消失,一些针状堆垛层错沿晶界分布。此外,在含2wt.%Zn的铸态合金中观察到18R型长周期结构相。固溶处理后,Mg_(24)(Gd,Y)_5和Mg_(24)(Gd,Y,Zn)_5共晶相完全溶解,(Mg,Zn)_3(Gd,Y)相、针状堆垛层错和18R型长周期结构相均转化为14H型长周期结构相。适当体积分数的14H型长周期结构相和细小的椭球状β′相共同赋予峰时效态下含0.5 wt.%Zn合金优良的综合力学性能,该合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为338 MPa、201 MPa和6.8%。

不同铸造方法对Mg-10Gd-3Y-0.6Zr合金组织形貌及力学性能的影响（英文）

采用金属型和挤压铸造两种不同铸造方法对铸态和T6态Mg-10Gd-3Y-0.6Zr合金的组织形貌和力学性能进行研究。结果表明,Mg-10Gd-3Y-0.6Zr合金铸态组织主要由α-Mg初生相和Mg24(Gd,Y)5共晶相组成;挤压铸造所得合金晶粒细小,且呈枝晶状形貌,T6态时合金抗拉强度可达285MPa;金属型所得合金晶粒较粗大,共晶相呈网状分布在晶界处,T6态时合金抗拉强度只有250 MPa。

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。

自然时效、加工硬化对共享单车轮毂微观组织及性能影响研究

目的以不同工作状态下AM60B镁合金压铸成形的共享单车轮毂为研究对象,探讨镁合金作为自行车轮毂材料的实际应用特性。方法选取直接压铸的镁合金轮毂A,放置4年的轮毂B以及通过疲劳试验模拟高强度使用后的轮毂C为研究对象,对不同状态下压铸镁合金轮毂的微观组织、力学性能与阻尼性能进行研究。结果轮毂A抗拉强度为215 MPa,屈服强度为97 MPa,伸长率为17.86%;轮毂B中微观组织几乎无变化,但塑性出现一定下降,其阻尼性能最佳;轮毂C拥有更好的强度及塑性,阻尼性能有所改善。结论轮毂B塑性的下降与阻尼的提升可能与固溶原子的扩散有关。轮毂C出现了加工硬化的现象,局部存在混晶组织,这是其性能增强的原因所在。

Mg-Zn-Y-(Zr)合金中的二十面体准晶相（英文）

镁合金拥有许多独特优点,被认为是最具有应用前景的材料之一。然而,力学性能相对较低限制了镁合金的应用。二十面体准晶相作为一种相对优良的镁合金增强相,对Mg-Zn-Y-(Zr)合金性能有很大的影响。通过改变准晶相的体积分数,Mg-Zn-Y-(Zr)合金在室温下的的屈服强度可达到150-450 MPa,因而生成准晶相被视为一种改善镁合金性能的有效方法。本文讨论了一系列含有准晶的Mg-Zn-Y-(Zr)合金,包括准晶相的形成机理、准晶相的结构和其与镁基体的位向关系,以及准晶相对镁合金性能的影响。

不同相组成Mg-Li二元合金的力学性能及阻尼性能

在氩气保护下采用电磁感应真空熔炼制备出单一α-Mg相、单一β-Li相及两相共存的3种不同相态的Mg-Li二元合金,并运用光学显微镜、XRD、阻尼测试及力学测试方法对合金的组织结构、力学性能及阻尼性能进行分析和讨论。结果表明:Li含量的增加使合金的相态发生改变,同时对合金起到晶粒细化的作用,且能有效地提高合金的屈服强度。体心立方结构的β-Li相会增大合金的临界应变振幅以及阻尼性能,但两相共存状态的Mg-Li合金具有最好的抗拉强度及伸长率。Mg-Li二元合金的新阻尼机制是由低温区域位错滑移、高温区域的晶界滑移以及合金中的晶格畸变这3种阻尼机制叠加而成。

Mn含量对铸造Mg-Zn-Cu合金组织和性能的影响

采用电磁感应熔炼制备了Mg-8Zn-0.5Cu-xMn系列合金,探究了Mn含量对合金组织和性能的影响。结果表明,铸态合金组织主要为α-Mg+MgZn_(2)和MgZnCu相,经过固溶处理后大部分Zn元素被固溶进基体,在晶界处残留少量Mg(Zn,Cu)_(2)相,经双级时效处理后第二相分布更为致密。随着Mn含量提高,合金晶粒尺寸明显细化。随着Mn含量增加至1%,合金中Mn元素团聚成富Mn颗粒。时效态的Mg-8Zn-0.5Cu-0.5Mn合金表现出良好的综合性能,其屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为130MPa、228MPa和6.8%。

铝含量对镁合金阻尼性能的影响

研究了Al含量对纯镁阻尼性能的影响。结果表明,Al添加量较低时,其主要以固溶形式存在,并不会明显降低镁合金的阻尼;当Al含量较高时,合金出现Mg_(17)Al_(12)第二相并能细化晶粒,合金的阻尼性能大幅降低;合金阻尼临界脱钉应变随着Al含量增大而提高。在升温阻尼过程中,Mg-0.25Al合金在60℃和260℃分别出现位错峰和晶界内耗峰,Al固溶原子的增加会阻碍阻尼峰的出现。

Mg-6Al-1Sn合金板材的微观组织与力学性能

通过对Mg-6Al-1Sn合金(AT61)进行挤压以及后续的单道次大应变量轧制变形,获得了高强塑性的新型变形镁合金板材.组织分析表明AT61合金中主要析出相为Mg17Al12相和Mg2Sn相,挤压态合金经轧制之后晶粒都被细化,合金强度显著提高.随着应变量的增加,晶粒尺寸先显著降低后有所上升,屈服强度变化规律与晶粒尺寸变化规律一致.经过250℃下的单道次约56%大应变量轧制变形后晶粒尺寸细化最明显(约为4.18μm),合金的屈服强度约为196 MPa,抗拉强度约为294 MPa,延伸率约为26.7%,表现出最优的综合力学性能.

Mg和Sc掺杂AlLi相的弹性性质和德拜温度的第一性原理研究

基于第一性原理研究了Mg和Sc对AlLi相的弹性模量、各向异性和德拜温度的影响。结果表明,AlLi、Al_(63)Li_(64)X和Al_(64)Li_(63)X(X=Mg和Sc)相在0 K均能形成稳定结构且满足力学稳定性判据。Mg和Sc能提高AlLi相的剪切模量和杨氏模量,但对改善AlLi相的体积模量起消极作用。AlLi、Al_(63)Li_(64)X和Al_(64)Li_(63)X相的力学性能呈各向异性,其中Al_(64)Li_(63) Mg的各向异性程度最高。AlLi相的脆性随着Mg或Sc的掺杂而增大。AlLi、Al_(63)Li_(64)X和Al_(64)Li_(63)X相的硬度和德拜温度具有相同的变化趋势。