超细晶ZK60镁合金的数控搅拌摩擦焊研究

采用不同工艺参数进行了超细晶ZK60镁合金的数控搅拌摩擦焊,并对接头的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能进行了测试与分析。结果表明,随着旋转速度R与焊接速度v比值的增大,超细晶ZK60镁合金焊接接头的抗拉强度、冲击韧性和耐腐蚀性能均呈现出先增大后减小;从提高焊接接头综合性能出发,优选的焊接工艺参数为:R/v值为12.5,轴肩压力1 350 N,主轴倾角1.5°。

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。

稀土Ce变质ZK60变形镁合金的微观组织及其机制研究

在ZK60变形镁合金基体中加入了不同质量分数的稀土元素Ce。借助金相、SEM、EDS、XRD研究稀土Ce变质ZK60变形镁合金微观组织演变,探讨变质机理。结果表明,当Ce从0%增加到0.9wt%时,合金晶粒尺寸逐渐减小,尺寸由88μm减小到51μm,抗拉强度由104 MPa增加到160 MPa,伸长率从6%增加到7%;当Ce增加到1.2wt%时,晶粒尺寸反而增大到61μm,出现过变质现象;MgZn2可作为α-Mg的异质形核核心;Ce、Mg与Zn结合成Mg42Zn53Ce5化合物钉扎在晶界处,有利于减小晶粒尺寸。

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。

激光喷丸强化ZK60医用镁合金的显微组织、力学性能及微动腐蚀行为

采用不同能量密度激光对ZK60镁合金进行喷丸强化处理,并对处理前后的试样进行模拟体液条件下的微动腐蚀磨损实验。测试试样的显微组织、残余应力、表面硬度、抗拉强度和耐腐蚀性,并分析其与微动腐蚀磨损行为的关系。结果表明,激光喷丸强化处理可使镁合金的微动腐蚀磨损体积降低73.4%。位错和孪晶引起的细晶强化作用和应变强化作用以及残余压应力提高了镁合金表面硬度、抗拉强度和耐腐蚀性,因而降低了微动腐蚀磨损。

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%。

超细晶镁合金的腐蚀与防护进展

总结了近年来经剧烈塑性变形加工后的超细晶镁合金的腐蚀与防护研究。镁合金的初始成分可能对剧烈塑性变形加工后样品耐蚀性的变化起主导性作用。对于纯镁及含有铝或稀土等致钝性元素的合金,如AZ系和WE系镁合金,绝大多数剧烈塑性变形加工会促进生成更致密的保护膜,因而可以提升镁合金的耐蚀性。对于不含此类元素的镁合金体系,如Mg-Zn系合金,由于生成了更多的腐蚀微电偶,等通道转角挤压或高压扭转加工引起的第二相颗粒的细化和分布会加速镁合金的腐蚀,但多轴等温锻造可以提升此类合金的耐蚀性,该技术值得更多的关注。在成分相似的情况下,组织的均匀性或者第二相变化情况的影响可能较晶粒尺寸和织构演变的影响更大。对加工后的镁合金进行热处理或者表面改性是进一步提升其耐蚀性的有效手段。相对于粗晶基体,超细晶基体表面改性后的涂层的耐蚀性往往更好,值得更多的研究关注。

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。

钇对铸态ZK_(60)镁合金晶界析出相形态的影响

通过金相分析、扫描电镜(SEM)以及能谱(EDX)分析等实验手段,对Mg-6. 0Zn-0. 45Zr,Mg-6. 0Zn-1. 2Y和Mg-6. 0Zn-0. 6Zr-1. 0Y三种合金铸态晶界析出相的形态进行了研究。实验结果表明,铸态Mg-6. 0Zn-0. 45Zr合金的晶界主要析出相是Mg-Zn二元相。铸态Mg-6. 0Zn-1. 2Y合金与Mg-6. 0Zn-0. 6Zr-1. 0Y合金的晶界析出相相似,主要以两种形态出现,一是在三角晶界形核,呈“鱼骨状”,由Mg-Zn二元相和Mg-Zn-Y三元相组成;另一是几乎包围整个晶粒,呈连续网状,由Mg-Zn-Y三元相组成。另外,在含Y的合金中还发现,晶界析出相的边缘均有大量弥散的颗粒状析出物,颗粒呈辐射状向晶粒内部延伸分布。Y能强烈改变铸态Mg-Zn-Zr系合金 (ZK60)的晶界析出相的形态。

ECAP法制备细晶ZK60镁合金的微观组织与力学性能

利用等通道转角挤压法（ECAP）制备出了细晶ZK60合金,通过金相组织观察,拉伸性能测试,EBSD和透射电镜（TEM）研究了不同挤压温度和挤压道次对合金组织与性能的影响。结果表明：ZK60镁合金在210~240℃温度范围内进行ECAP挤压能获得较好的晶粒细化效果;在240℃进行ECAP挤压时,随着挤压道次的增加,合金晶粒得到明显的细化,经过4道次挤压后,合金晶粒可细化到2.8μm;但是超过4道次后,合金的细化效果减慢;合金ECAP后的屈服强度与变形前相比降低,合金的伸长率经过多道次变形后得到明显提高。

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。

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。

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。

组织超细化对ZK60镁合金腐蚀行为的影响

借助等通道转角挤压(ECAP)模具制备了超细晶ZK60镁合金,结合时效处理调控了合金中第二相的分布形态,采用局部电化学阻抗谱(LEIS)结合浸泡试验,分析了组织超细化及小尺度第二相对ZK60镁合金电化学腐蚀行为的影响。结果表明,固溶态ZK60镁合金在3.5%NaCl溶液中的失重速率随着ECAP加工道次的增加而增加;随着浸泡时间的增加,超细晶合金的局部阻抗先增加后下降;后续时效处理使样品中残余应力下降、第二相重新分布,从而提高了表面腐蚀产物对基体的保护作用,改善了超细晶镁合金的耐蚀性。

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。