铋含量对原位自生Mg_2Si/AZ91D复合材料组织与性能的影响

制备原位自生Mg_2Si/AZ91D复合材料,研究铋变质剂含量对复合材料组织与力学性能的影响。结果表明,加入铋变质剂后,原位自生Mg_2Si/AZ91D复合材料中初生相Mg_2Si由粗大的树枝状变成细小的多边形状和颗粒状,共晶相Mg_2Si由汉字状变成短棒状和蠕虫状,Mg17Al12相由连续网状分布变成弥散板条状分布。铋含量为0.8%时,初生相Mg_2Si最细小,平均晶粒尺寸为13μm,比未变质时减小了81%。铋含量为0.8%时Mg_2Si/AZ91D复合材料力学性能最佳,抗拉强度和延伸率分别为290 MPa和6.7%,比未变质时分别提高25.5%和109%。

Te变质处理对原位自生Mg_2Si/AZ91D复合材料的影响

研究了Te变质处理对原位自生Mg_2Si/AZ91D复合材料组织与力学性能的影响,探索了变质机理。结果表明:Te变质使复合材料中初生Mg_2Si基本消失,共晶Mg_2Si数量增多,尺寸减小,并且部分共晶Mg_2Si由汉字状变成了蠕虫状和短杆状,β-Mg_(17)Al_(12)由断续的网状变成了细小的板条状、颗粒状。α-Mg基体的晶粒尺寸随Te含量的增加而减小。Te含量为0.7%时,复合材料的室温和高温(150℃)力学性能最佳。

钇对Mg_2Si/AZ91D复合材料中Mg_2Si相变质的影响

研究了不同含量的钇对Mg2Si/AZ91D复合材料中Mg2Si相形貌的影响。结果表明:Y对Mg2Si/AZ91D复合材料中共晶Mg2Si有明显的细化变质效果,合金液经0.8%Y变质后,共晶Mg2Si相由粗大的树枝状或汉字状转变为颗粒状。在1.2%添加范围内,随Y加入量的增加,对共晶Mg2Si相的细化变质效果增强,未出现过变质现象。固溶处理能使Mg2Si/AZ91D复合材料中枝状或汉字状Mg2Si发生部分溶解,并依靠原子扩散自发粒状化,Y的细化变质能促进Mg2Si相固溶处理时的粒状化。

Si含量对Mg_2Si增强AZ91D复合材料组织与性能的影响

熔炼并浇注了Mg2Si增强AZ91D复合材料铸锭,并研究了Si含量对其铸态组织和力学性能的影响规律。结果表明:Mg2Si增强AZ91D复合材料中初生Mg2Si数量随着Si含量的增加而增多,其形状由细小的树枝状、块状、颗粒状变成粗大的树枝状。Si含量为2%时,初生Mg2Si最细小,平均晶粒尺寸达到15μm。随着Si含量的增加,Mg2Si增强AZ91D复合材料室温力学性能呈下降的变化趋势,Si含量为2%时,室温抗拉强度、条件屈服强度、伸长率分别达到281 MPa、132.3 MPa和6.4%。Si含量为2%时,Mg2Si增强AZ91D复合材料拉伸断口中出现了许多韧窝,撕裂棱非常明显,说明材料的塑性较好。

Ce变质对Mg_2Si增强镁基复合材料组织与力学性能的影响

研究了Ce含量对原位自生Mg_2Si/AZ91D复合材料组织与常温、高温力学性能的影响。结果表明:Ce对初生Mg_2Si的形状影响不大,但是可细化初生Mg_2Si,使共晶Mg_2Si由树枝状、汉字状变成短杆状、颗粒状,并细化β-Mg_(17)Al_(12)。Mg_2Si/AZ91D复合材料的室温和高温力学性能均随Ce含量的增加呈先增大后减小的变化趋势。加入0.5%Ce时,材料的室温和高温力学性能最佳。室温抗拉强度和伸长率分别比未变质时提高了18.4%和74.1%;高温下抗拉强度比室温下降低了22.6%,伸长率比室温下提高了52.7%。

Sb变质对Mg_2Si/Mg-Al基复合材料中Mg_2Si相的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和同步热分析仪研究了Sb变质对Mg_2Si/AZ91D复合材料中Mg_2Si相的影响,探索了变质机理。结果表明:0.2%Sb变质使Mg_2Si/AZ91D复合材料中初生Mg_2Si由粗大的枝晶状变成细小的多边形状,共晶Mg_2Si的形貌由粗大的汉字状变成针状、团絮状、短杆状、蠕虫状和颗粒状。继续增加Sb含量,对初生Mg_2Si的形状和尺寸影响不大。但是增加Sb含量使得颗粒状的共晶Mg_2Si数量增多,尺寸减小,分布更均匀。加入Sb变质剂后,Mg_3Sb_2可作为初生Mg_2Si的形核核心,细化晶粒。共晶Mg_2Si的凝固开始温度降低,其形核过冷度增大,形核率增加。

原位Mg_2Si颗粒对镁合金基体应力分布影响的模拟研究

利用大型商业有限元软件Ansys模拟AZ91D镁合金和原位Mg2Si颗粒增强AZ91D基复合材料在相同单向外载荷条件下的应力分布情况,并获得原位Mg2Si增强颗粒对镁基复合材料力学性能的影响。结果表明:材料远离受力面而靠近约束面上的尖角处易应力集中;Mg2Si颗粒的产生提高了材料抵抗弹性变形的能力,从而使该复合材料得到强化;在拉伸应力场超过屈服极限的情况下,基体开裂或界面脱落是失效的主要形式。

Er对原位自生Mg_2Si/AZ91复合材料组织和性能影响

研究了不同含量稀土Er对原位自生Mg_2Si/AZ91复合材料组织和性能的影响,并讨论其变质机理。结果表明,适量的Er能有效细化原位自生Mg_2Si/AZ91复合材料基体的晶粒尺寸,同时改变初生Mg_2Si相在基体中的大小、形貌和分布。当Er加入量为0.5%,基体组织细化效果最为显著,其晶粒由250μm细化至180μm,初生Mg_2Si相由粗大汉字状转变为短棒状,大小由50μm缩减至20μm,合金的抗拉强度和伸长率也分别由168MPa和1.8%提升至190MPa和2.7%。

Mg-SiO_2体系制备Mg_2Si/AZ91D复合材料的研究

采用原位合成技术制备了Mg2Si/AZ91D复合材料,并通过光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）等对添加碱土、稀土元素的影响进行了研究。结果表明：AZ91D镁合金中加入SiO2（其中Si占合金质量的3%）后,出现多边形状或树枝晶状的初生Mg2Si相,以及汉字状的共晶Mg2Si相,树枝晶状Mg2Si的平均尺寸约25~50μm,汉字状Mg2Si的平均尺寸约12~15μm;Mg2Si对镁合金中的β-Mg17Al12相有细化作用。添加Ca,Sr,Y对Mg2Si形貌、尺寸有明显的改善,当添加0.9%Ca,0.1%Sr,0.5%RE（80%Y）变质处理后,Mg2Si形貌全部变为多边形状,平均尺寸约0.8~5μm。

稀土对Mg_2Si/AZ91D复合材料中Mg_2Si相的影响

研究了不同含量的富La混合轻稀土(RE)和钇(Y)对Mg2Si/AZ91D复合材料中初生Mg2Si相形貌的影响。结果表明,混合轻稀土RE和Y对Mg2Si/AZ91D复合材料中的初生Mg2Si相均有明显的细化变质效果,但Y对初生Mg2Si相的细化变质效果优于等量混合轻稀土。合金液经0.8%的混合轻稀土RE或Y变质后,初生Mg2Si相由粗大的树枝状转变为细块状或颗粒状;当RE或Y加入量达到1.2%时,均出现过变质现象,初生Mg2Si相再次明显粗化。其变质机理主要与RE、Y和它们的化合物富集于Mg2Si相生长表面,从而抑制其生长有关。