压铸态AZ91D镁合金搅拌摩擦焊接头微观组织研究

采用搅拌摩擦焊工艺对4mm厚的压铸态AZ91D镁合金进行对接工艺实验,搅拌头旋转速率1500r/min,焊接速率120mm/min;使用光学显微镜和扫描电镜对焊接接头微观组织进行了研究。结果表明:焊缝外观成形美观,但内部存在贯穿型隧道状孔洞缺陷;焊核区为典型的变形-再结晶组织,为细小、均匀的等轴晶;机械-热影响区为变形-部分再结晶组织,热影响区组织形貌与母材相近但伴有轻微的长大现象;焊核区与机械-热影响区的过渡具有以下特征:在前进侧呈现"突变"特征,在后退侧呈现"渐变"特征。

基于搅拌摩擦焊驱动模式分析压铸态AZ91D镁合金接头隧道状缺陷形成原因

采用不同焊接规范对压铸态AZ91D镁合金进行搅拌摩擦焊连接,并采用光学显微镜、扫描电镜等方式对焊缝接头微观形貌进行研究。结果表明,焊接速率高于60mm/min时,焊缝中均产生贯穿型隧道状缺陷,缺陷位于焊缝前进侧冠状区与环形区交界处;随着焊接速率的增大,缺陷有逐渐向焊缝底部延伸的趋势。分析认为该缺陷的形成机理如下:冠状区塑性材料同时受到搅拌针和轴肩共同作用,环形区塑性材料主要受到搅拌针作用,致使环形区与冠状区结合处呈现出流动差异性,导致在前进侧产生隧道状缺陷。

注射成形增强半固态AZ91D镁合金的组织及性能

为了研究半固态注射成形技术对AZ91D镁合金显微组织、力学性能以及腐蚀行为的影响,通过对半固态注射成形镁合金进行热处理及电化学腐蚀分析,研究了镁合金成形件在注射成形中与热处理后的组织及性能变化。结果表明,相对于压铸镁合金,半固态注射成形镁合金的组织均匀、力学性能优良、晶粒细小且平均晶粒尺寸为20~30μm,能获得质量良好的显微组织。镁合金的热处理对晶界第二相的数量和分布有较大影响,能作用于材料性能。经时效处理后,镁合金硬度从63.47 HV提高到74.05 HV,抗拉强度从125.56 MPa提高到150.91 MPa,抗拉强度提高了20.2%。在质量分数为3.5%的NaCl溶液的电化学腐蚀中,合金的自腐蚀电位为-959.56 mV,经固溶+时效处理后,自腐蚀电位先升高到-927.55 mV后下降至-988.94 mV,耐腐蚀性能先增高后降低。

退火态增材制造AZ91D镁合金在极端条件下的力学行为

本研究使用激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)制备了AZ91D镁合金(SLM-AZ91D),并对其进行去应力退火处理,采用微观组织表征与力学特性测试研究了退火态SLM-AZ91D镁合金在不同温度与应变速率等极端条件下的力学行为。结果表明:退火态SLM-AZ91D试样中主要包含α-Mg基体、β-Mg_(17)Al_(12)等相,不同区域的蜂窝结构存在明显差异,平均晶粒尺寸非常细小,仅为1.82μm,无明显织构;相较于打印态试样,退火态试样的平均显微硬度值提升了约26.7%;退火态试样的压缩流变应力在173~293 K时对温度不敏感,而在373~573 K时则表现出显著的温度软化效应;随着温度的升高,流变应力呈现下降趋势。尽管应变速率强化效应较弱,但退火态试样的流变应力仍随着应变速率的增大而逐渐增大。基于实验结果拟合了修正Johnson-Cook本构模型,该模型的计算结果与实验结果吻合较好。

挤压态AZ91D镁合金拉伸塑性性能研究

文章通过高温拉伸测试,分别对比未处理与固溶和时效处理的挤压态AZ91D镁合金在等应变速率与等温度条件下的延伸率,并测定不同拉伸状态下的微观形貌验证拉伸测试结果。研究了固溶和时效处理的挤压态AZ91D镁合金在250~350℃、应变速率在10-5~10-3的超塑性流变行为。结果显示:在280℃、0.0005s-1的条件下获得的最高延伸率达185.3%。在AZ91D镁合金超塑性成形过程中,初始应变速率的影响比变形温度更显著。得出结论:固溶处理和时效处理可减小AZ91D的晶粒尺寸;根据AZ91D镁合金超塑性变形后的晶粒组织验证固溶和时效处理能提高合金的超塑性。

硝酸铈添加剂对AZ91D镁合金微弧氧化膜组织与性能的影响

为了进一步提高AZ91D镁合金表面的耐蚀性与耐磨性,在硅酸盐电解液体系中加入不同浓度的硝酸铈添加剂,利用微弧氧化(MAO)技术在其表面原位生长出陶瓷膜层。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对陶瓷膜层物相组成和表面微观形貌进行了表征,并通过电化学测试与摩擦磨损试验,评估了陶瓷膜层的耐蚀与耐磨性能。结果表明:硝酸铈添加剂的添加对膜层相组成影响较小,随着硝酸铈浓度的增加,膜层表面先出现较大孔径的孔洞,之后孔洞数量逐渐减少,且孔径也缩小。与无添加剂的膜层相比,硝酸铈的添加量为0.4 g/L时,其被磨穿时长从1 min增加到8 min,耐磨性有所改善;腐蚀电位从-1.69 V增加到-1.26 V,腐蚀电流密度从8.56×10^(-6)A·cm^(-2)降到2.49×10^(-7) A·cm^(-2),耐蚀性显著提高。

AZ91D镁合金筒形件拉深工艺研究

基于H1F60小松伺服压力机,采用电磁感应模内加热系统,对1 mm厚的AZ91D镁合金薄板在不同工艺参数条件下的拉深成形性能进行了研究。研究结果表明:在室温下,板料不能成形圆筒件,温度升高到100℃后,板料被成功拉深成圆筒件,板料的极限拉深比随温度先快速上升,后缓慢上升,最后下降,400℃时,极限拉深比达到最大值1.91,此温度下板料的拉深性能最好;而当压边力、冲压速度增大后,板料的拉深性能却随之降低。

基于CEL模型的AZ91D镁合金搅拌摩擦焊材料流动行为数值模拟

基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法,利用Johnson-Cook本构模型建立了AZ91D镁合金搅拌摩擦焊热力耦合有限元模型。利用粒子示踪技术并结合温度场、应变场和欧拉场探究了焊接过程的材料流动行为。结果显示,高温区域位于后退侧的搅拌针后方,焊核区后退侧的温度高于前进侧约40℃;峰值温度随旋转速度的增加和焊接速度的减小而升高,高温区域面积也相应增加;焊接速度对峰值温度的影响小于旋转速度;等效应变场与温度场的分布规律基本一致,高温区域塑性应变相应较大。轴肩影响区的材料在轴肩的挤压及剪切共同作用下在后退侧形成飞边。焊核区材料从搅拌针前方移动到后退侧,并在前进侧搅拌针后方完成回填。当旋转速度增加到950 rpm时,热输入过高,材料流失,会在前进侧底部形成隧道缺陷。

压铸态AZ91D镁合金热压缩变形流变应力研究

在应变速率为0.01～10 s-1、变形温度250～450℃的条件下,采用Geeble-1500D热模拟机对压铸态AZ91D镁合金进行热压缩变形试验,得到并分析了该材料在不同变形条件下的流变曲线。采用数理统计的方法对实验数据进行处理,建立了用Zener-Hollomom参数描述的该材料的高温塑性变形本构方程为=1.41×1012[sinh(0.014σ)]5.295exp(–159 449.509/RT),采用双曲正弦函数确定了该材料的变形激活能Q=159.45 kJ·mol-1;与重力铸造态AZ91D镁合金比较显示,其流变应力和变形激活能更低。

高锰酸钾对AZ91D镁合金微弧氧化膜质量的影响

采用微弧氧化(MAO)的方法在硅酸盐体系碱性电解质液在AZ91D镁合金基体表面上获得了颜色均匀、致密性好的微弧氧化陶瓷膜。采用扫描电子显微镜(SEM)观察陶瓷膜微观形貌,用X射线衍射仪(XRD)分析了物相,用盐水浸泡试验考察了陶瓷膜防腐蚀性能。讨论了高锰酸钾浓度对陶瓷膜的表面形貌和性能的影响。结果表明,微弧氧化膜主要由MgAl_(2)O_(4)和MgO相组成。当高锰酸钾添加量为0.5 g/L,柠檬酸为1.5 g/L时所得膜层更加致密,膜层的综合性能最好。

电脉冲处理对固溶态AZ91D镁合金显微组织和力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜及电子万能试验机等研究了不同电流密度和通电时间的电脉冲处理(EPT)对固溶态AZ91D镁合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:随着电流密度或通电时间的增加,合金的晶粒尺寸未发生明显变化,但其残余第二相的数量和尺寸均逐渐减小;与固溶态和时效态合金相比,EPT后合金残余第二相数量和尺寸减小,位错密度和亚晶数量增多。当通电时间为560 ms时,在50~125 A/mm^(2)范围内,随着电流密度的增加,合金的抗拉强度和伸长率均逐渐上升;当电流密度为125 A/mm^(2)时,在520~640 ms范围内,随着通电时间的增加,合金抗拉强度先增大后减小,转折点为560 ms,但其伸长率逐渐升高;当电流密度为125 A/mm^(2)和通电时间为560 ms时,EPT后合金的抗拉强度和伸长率分别为325 MPa和12.1%,与固溶处理的合金相比,抗拉强度和伸长率分别提高了3.8%和9%,与传统时效处理合金相比,抗拉强度下降了2.7%,但伸长率提高了25%。

半固态AZ91D镁合金触变压铸充型过程的数值模拟

以半固态AZ91D镁合金浆料的流变性能的实验研究为基础，通过曲线拟合的方法建立半固态AZ91D镁合金的表观粘度的触变模型．根据此触变模型开发了半固态AZ91D镁合金触变压铸充型过程中的表观粘度计算程序，并嵌入在Castsoft软件中，实现了半固态AZ91D镁合金触变压铸过程的流场和温度场的模拟计算．模拟结果表明：充填速度和浆料温度对半固态AZ91D镁合金浆料的充填过程有显著影响，最佳充填速度的范围为2～5m·s^-1，半固态浆料的最佳温度范围为570～580℃．

半固态AZ91D镁合金浆料的流变压铸过程数值模拟

在半固态AZ91D镁合金浆料表观粘度试验数据拟合的基础上,建立了半固态AZ91D镁合金浆料的表观粘度触变模型,并对AZ91D镁合金浆料在连杆型腔中的充填过程进行了模拟。模拟结果与实际充填结果符合,说明建立的AZ91D镁合金浆料表观粘度触变模型正确可行。模拟优化了连杆压铸件的压铸工艺,合适的压铸工艺参数为:浆料成形温度在590℃以上,内浇道充填速度为2.7m/s,压射比压在40MPa以上。

半固态AZ91D镁合金压铸过程的数值模拟

采用机械搅拌方式研究了半固态AZ91D合金的流变特性,并根据实验数据,拟合出剪切速率为238s-1时,半固态AZ91D合金的固相体积分数和表观粘度之间的关系式。从流体力学的角度,采用数值技术对半固态AZ91D镁合金的压铸过程进行了研究。数值模拟结果表明,半固态浆料温度为550℃、模具温度为300℃、压铸速度为1m/s时,该文所设计的压铸件的压铸过程能很好地进行。同时,该研究工作能为分析压铸成形过程提供有益的信息。

半固态高压铸造AZ91D镁合金的显微组织与力学性能

通过降低浇注温度来制备半固态料坯,再将料坯重熔至半固态,最后运用高压铸造技术成型摩托车用AZ91D镁合金零件;用光学显微镜、拉伸试验机和硬度仪等研究了成型零件的显微组织和力学性能。结果表明:半固态料坯的组织由初生α-Mg相、次生α相和γ-Mg17Al12相共晶组织构成,降低浇注温度可使组织细化;重熔后组织由未熔的α-Mg固熔体和部分液相转变相组成;经过半固态高压铸造成型后,零件显微组织由未熔的α-Mg相与网状分布的共晶相组成;用该工艺制备零件的力学性能受到组织缺陷和铸件内部缺陷的影响较大,需要进一步优化半固态成型工艺。

挤压铸造态AZ91D镁合金的流变应力和动态再结晶行为

采用Gleeble−3800型热模拟试验机对挤压铸造态AZ91D镁合金进行了热压缩实验,研究在温度250~400℃、应变速率0.001~1 s^(−1)条件下挤压铸造态AZ91D镁合金的流变应力行为,同时利用金相分析(OM)、透射分析(TEM)和电子背散射分析(EBSD)对其变形微观组织进行了研究,建立其本构方程和热加工图。结果表明:应变速率和温度对挤压铸造态AZ91D镁合金的流变应力行为有显著的影响;挤压铸造态AZ91D镁合金最合适的加工范围是360~400℃、0.001~1 s^(−1)与270~360℃、0.001~0.01 s^(−1);在应变速率0.1 s^(−1)的条件下,随着温度升高,动态再结晶起始的临界应变由0.11降至0.02,形变孪晶与位错逐渐被动态再结晶取代,挤压铸造态AZ91D镁合金的变形机制由滑移和孪生转向滑移与动态再结晶相协调。

聚天冬氨酸对AZ91D镁合金阳极氧化膜性能的影响

为提高AZ91D镁合金耐蚀性且满足绿色环保要求,在阳极氧化电解液中添加环保型添加剂聚天冬氨酸(PASP)制备阳极氧化膜,研究添加剂聚天冬氨酸对阳极氧化过程、氧化膜的形貌及组成和耐腐蚀性能的影响。采用光学显微镜、带能谱的扫描电镜及X射线衍射仪,观察分析添加聚天冬氨酸前后阳极氧化膜的形貌及组成,利用动电位极化及浸泡腐蚀等方法,研究分析阳极氧化后AZ91D镁合金的耐腐蚀性能。结果表明:聚天冬氨酸通过与镁合金表面的吸附作用,使膜层阻抗增大,阳极氧化成膜电压升高,膜厚增大,膜层致密、均匀、平整,微孔和裂纹减少,提高了氧化膜的耐腐蚀性能。

电解液中添加钛纳米颗粒对AZ91D镁合金表面微弧氧化膜性能的影响研究

在磷酸盐电解液中,通过添加钛纳米颗粒在AZ91D表面制备了含钛的微弧氧化膜,研究了电解液中钛纳米颗粒浓度对膜层形貌、组成及性能的影响。利用扫描电子显微镜、能量色散谱仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱表征微弧氧化膜层的形貌及组成;利用电化学工作站评价了膜层的耐腐蚀性,利用分光光度计测试了膜层的光吸收性能。结果表明:加入到电解液中的钛纳米颗粒对微弧氧化电压变化影响不大。但加入的钛纳米颗粒可以在微弧氧化膜中生成Mg2TiO4,随着钛纳米颗粒浓度增加,膜层表面较小的微孔先减少后增加,耐腐蚀性先提高后降低。随着钛纳米颗粒浓度的增加,膜层颜色由淡灰色变为浅蓝色再变为深蓝色,对模拟太阳光的反射率逐渐降低。

激光选区熔化AZ91D镁合金的微观组织与力学性能

采用激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)制备了AZ91D镁合金试样,研究了成形过程中体能量密度对AZ91D试样的影响,采用光学显微镜(OM)、主要扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和力学性能测试等方法,对SLM AZ91D合金的微观组织、物相和力学性能进行分析。结果表明,在功率为130 W、扫描速度为300 mm/s、体能量密度为144.44 J/mm^(3)时,所得试样的致密度最佳。SLM AZ91D试样中存在α-Mg、β-Mg_(17)Al_(12)两相,并且熔池边缘由蜂窝状的等轴晶和柱状晶共同组成,与铸态AZ91D试样的微观组织和力学性能进行对比,SLM AZ91D试样的晶粒更细小(平均晶粒尺寸约为1.013μm),且显微硬度(97.10HV_(0.1))及抗拉强度(316 MPa)均高于铸造态AZ91D试样(76.61HV_(0.1);208 MPa)。

AZ91D镁合金近液相线铸造半固态坯料的部分重熔

对近液相线铸造AZ91D镁合金半固态坯料进行部分重熔,通过改变部分重熔时的加热温度和保温时间来研究其微观组织的演化规律.结果表明,适当控制加热温度和时间,坯料部分重熔时可获良好的触变结构,且坯料铸造时的高冷却速率因促进了坯料组织细化和蔷薇化而在部分重熔时加快固相颗粒球化进程并使球化效果改善;坯料在近液相线温度静置30 min用水冷铁模浇注时,在 575-580℃,保温15-30min可获得较理想的重熔结构;而用石墨模浇注时,则为580℃保温15-30 min.研究还表明,重熔组织演化过程分球化预备、固相颗粒细化和球化及固相颗粒长大3个阶段.该进程是溶质和空位扩散以及相界面张力共同作用的结果.其中,前者在初期、后者在中后期起支配作用.