轧制组织对镁合金AM60疲劳性能的影响

研究了AM60轧制后挤压镁合金的组织对其机械性能和疲劳裂纹扩展性能的影响。实验表明:轧制使晶粒细化,强度显著提高。沿纵轴轧制方向出现大量等轴李晶组织,而在横向原来的孪晶组织消失。对于存在大量孪晶组织的方向,其抗拉强度明显低于其它方向。轧制AM60的横向疲劳裂纹扩展速度(FCPR)明显地高于纵向。当疲劳裂纹尖端塑性区的尺寸与组织的晶粒度接近时,挤压AM60组织中晶粒大小的不均匀引起裂纹分叉,裂纹分叉和粗糙度诱发的裂纹闭合对疲劳裂纹扩展产生严重的阻滞作用在挤压镁合金AM60的疲劳裂纹扩展速度(da/dN)与应力强度因子范围(△K)的关系曲线上出现拐点(△K=64～7.5 MPa·m^(1/2))。疲劳裂纹扩展为沿晶和穿晶混合方式。

变形镁合金AM60焊接接头的组织与性能

以AM60变形镁合金薄板为研究对象,分别采用TIG焊和CO2激光焊两种方法进行焊接,探讨在不同工艺条件下材料的焊接特点,并从宏观成形、微观组织、力学性能等方面对焊接质量进行评价。试验结果表明:在工艺参数合适的条件下,加焊丝TIG焊和激光焊均能获得成形较好的焊接接头;TIG焊接头热影响区较宽,焊缝深宽比小,而激光焊时热影响区不明显,焊缝深宽比大;两种焊接方法所获得的焊缝区组织均为均匀的等轴晶,但激光焊时焊缝组织更细,从而使接头抗拉强度大幅度提高,达到母材的94%左右。

工艺参数对压铸镁合金AM60B流动性与组织性能的影响

采用正交实验研究了工艺参数对压铸镁合金AM60B的流动性的影响,分析了影响的显著性,并选择了适宜的工艺参数对压铸镁合金AM60B的组织性能的影响进行了研究。结果表明,工艺参数对压铸镁合金AM60B的流动性的影响由大到小依次为:压射比压、浇注温度、模具温度和压射速度。在适宜的工艺参数下,AM60B的力学性能可达到σb=252～299MPa、δ5=12%～18%、HBS=58～62和ak=13～19J/cm2。

镁合金AM60半固态成形性探究

在半固态成形工艺中,对温度的波动幅度较小的初始固相率的选择是顺利实施半固态成形工艺的先决条件.借助计算机辅助热分析方法,通过试验研究镁合金AM60固相率与温度的关系,结果表明,镁合金AM60固相率对温度的变化极为敏感,当初始固相分数从20%过渡到30%,初始固相率波动幅度为(12.8%～19.2%)/℃;当初始固相分数从30%过渡到40%,初始固相率波动幅度为(7.8%～10.4%)/℃;当温度在577.9～589.9℃区间内,镁合金AM60固相分数则始终维持在62%上下.因此,镁合金AM60半固态成形工艺中,其合理的初始固相率为62%.

基于正交试验的压铸镁合金AM60B切削试验研究

采用硬质合金刀具YG8对压铸镁合金AM60B进行外圆干切削,通过正交试验分析了不同切削参数下切屑的断屑性能、形态、工件表面质量。结果表明:镁合金AM60B切削断屑性能良好;该材料适合高速、大的背吃刀量进行切削;C形挤裂切屑时工件表面质量较好;进给量对切屑的断屑、形态、工件表面质量影响相对较大,背吃刀量影响较小;加工最佳切削工艺参数为:V_(C)=200.363m·min^(-1),f=0.1mm·r^(-1),a;=0.8mm。

基于CATA技术的镁合金AM60半固态成形性研究

根据传热学原理和计算机辅助热分析(CATA)技术为理论基础,通过试验方法研究了镁合金AM60半固态成形性,研究结果表明,AM60合金固相率对温度的变化极为敏感,当初始固相分数从20%过渡到30%,温度从618.0℃降至615.4℃,仅仅约降低了2.6℃。在此区间内,固相率对温度的平均变化为3.85%/℃,初始固相率波动幅度为12.8%-19.2%/℃;当初始固相分数从30%过渡到40%,温度从615.4℃降至612.2℃,也仅有3.2℃左右,在此区间内,固相率对温度的平均变化为3.125%/℃,初始固相率波动幅度为7.8%-10.4%/℃;当温度在577.9-589.9℃区间内(跨度约为12℃),由于AM60镁合金固相分数则始终维持在62%上下。因此,AM60镁合金半固态成形工艺中,其初始固相率不应选择通常的20%-40%的区间范围内,而应该选择较大值,最佳值为62%左右。

AM60变形镁合金薄板激光焊接接头的组织与性能

以AM60变形镁合金薄板为研究对象,分析CO2激光焊后接头的组织和性能,探讨镁合金激光焊接的工艺特点。结果表明:在合适的工艺参数下,能获得表面成型良好、变形小的焊接接头。金相观察分析发现接头中热影响区不明显,焊缝区组织致密,晶粒细小,晶界上均匀分布着脆性相(Mg17Al12),但内部易产生气孔、裂纹等微观缺陷。硬度测试结果显示,焊缝硬度略高,母材和热影响区硬度相当。在本实验条件下采用CO2激光焊能实现AM60镁合金的焊接,抗拉强度可达母材的94%,断口表现为混合断裂。

二氧化钛涂敷对AM60镁合金耐腐蚀性能的影响

TiO2由于具有稳定的化学性质及耐热性,其涂层常作为镁合金对腐蚀介质的屏障保护。本研究采用溶胶凝胶的方法在AM60镁合金表面涂覆TiO2涂层。通过视频显微镜对涂层形貌进行了分析,利用电化学工作站研究了AM60镁合金的耐蚀性能。研究结果表明:当涂覆层数为3层时,所制得的涂层较为均匀,而当层数继续增加时,膜层反而出现剥落的现象;当对涂层进行热处理后,涂层的组织变得较为致密。同时,随着热处理温度的升高,涂层组织呈现先致密后又疏松的现象。当温度达到340℃时,涂层的组织涂覆完整,较为均匀致密,与基体结合较好;所对应的自腐蚀电流密度较基体从35×10-3A/cm2降低至7.9×10-3A/cm2,降低了一个数量级,对应的腐蚀电压从-1.787V提高至1.545V,提高了15.7%。阻抗谱呈现双容抗弧特点,容抗弧半径较基体材料的半径显著增加,材料的耐腐蚀性能得到明显改善。

浇注温度对自孕育铸造法制备AM60镁合金半固态浆料的影响(Ⅰ)

采用新型的自孕育法制备AM60镁合金半固态浆料,研究浇注温度对自孕育法制备AM60镁合金半固态浆料的影响。结果表明:随着浇注温度的降低,组织中发达和粗大的树枝晶逐渐减少;在接近液相线温度时出现小块状或蔷薇状晶粒,晶粒的尺寸逐渐减小;分布逐渐趋向正态分布,且存在一个合适的温度加工区间,即630～680℃,对应的晶粒尺寸为58.4～63.1μm。加入的孕育剂在熔体中起到内冷铁作用,加快熔体的冷却速率,使熔体快速到达半固态区间。采用自孕育法制浆时,合金熔体中晶核主要来源于熔体中的高熔点质点(Al8Mn5)、孕育形核和晶粒游离与增殖。

硅钙合金对AM60镁合金流动性的影响

研究了硅钙合金对AM60合金流动性的影响,结果表明:硅钙合金能改善合金的铸造性能,降低合金的结晶温度间隔,提高合金的流动性,当加入1.8%的硅钙合金时,合金的流动性提高了51.7%;加入硅钙合金后,合金中形成了稳定性较高的Mg2Si颗粒,显著细化了合金的显微组织,第二相也逐渐趋于弥散分布。

自孕育剂参数对自孕育铸造法制备AM60镁合金半固态浆料的影响(Ⅱ)

采用加入与母合金液具有相同成分的自孕育剂方法,研究孕育剂参数(孕育剂加入方式、孕育剂尺寸、孕育剂加入量和孕育剂组织)对AM60镁合金组织细化的影响。结果表明:加入自孕育剂后,熔体经导流器浇注到铸型中,可以明显细化AM60镁合金的组织。当孕育剂加入量为11%(质量分数)时,效果最好,平均晶粒尺寸仅为43.4μm,且分布均匀。孕育剂的原始组织对合金凝固组织有明显的影响,孕育剂本身的组织越细小,合金凝固组织越细小。孕育剂的加入使合金液中形成大的能量起伏和成分起伏,在合金凝固过程中起到吸热、形核、促进凝固和阻止二次相连续长大的作用,有助于形成细晶组织。

稀土、锶复合添加对AM60镁合金组织和性能的影响

稀土、锶复合添加对AM60镁合金组织、力学性能和抗热裂性能的影响的研究结果表明,往AM60镁合金中添加稀土后,稀土与合金中的异质形核核心Al9Mn11相或Al(8Fe,Mn)5相反应生成Al-RE-Mn三元相,减少了合金熔体中异质形核核心的数目,从而引起了合金晶粒粗化。往AM60镁合金中复合添加稀土和锶后,锶能够消除稀土引起的晶粒粗化作用,减少晶粒粗化对合金力学性能和抗热裂性能的不利影响,从而提高合金的高温屈服强度,并消除稀土对合金抗热裂性能的恶化作用。

钕对AM60镁合金显微组织和力学性能的影响

用OM、SEM、EDS、XRD和拉伸试验机等分析了添加稀土钕对AM60镁合金显微组织、断口形貌、析出相及力学性能的影响。结果表明:加入稀土钕能有效细化AM60镁合金的显微组织,使Mg17Al12相变少、变细;适量的稀土钕元素优先与合金中的铝元素反应生成颗粒状(小针状)的Al11Nd3相,能有效提高合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率;过量的稀土钕则会消耗合金中更多的铝元素并导致针状Al11Nd3相粗化,使合金的力学性能下降;试验条件下,添加质量分数为0.9%钕的合金力学性能最佳,其抗拉强度为230 MPa,屈服强度为127 MPa,伸长率为14%,分别比AM60合金提高了28%,48%和1.8倍。

导流器对自孕育铸造法制备AM60镁合金半固态浆料的影响(Ⅲ)

采用自孕育铸造法制备AM60镁合金半固态坯料,研究导流器参数对半固态组织的影响规律及组织形成机理。结果表明:导流器能有效促进合金组织由树枝晶向等轴晶及颗粒状晶的转变;熔体处理温度和孕育剂加入量一定时,导流器的相关参数,如角度、长度、温度、混合段的凹槽宽度,均影响合金的传热及流动,进而影响其凝固组织;在导流器角度为30°～45°、长度为500 mm、混合段凹槽宽度为50 mm、且通水冷却时可以获得细小颗粒状或蔷薇状的半固态坯料,初生α-Mg的平均晶粒尺寸为37.5μm;减小导流器出口宽度有利于增强液体紊流,促进晶粒均匀分布;导流器促进了熔体非均质形核及激冷晶的形成,增强了晶粒增殖;熔体对流使合金的温度场和浓度场更均匀,晶粒生长以颗粒状生长、蔷薇晶根部颈缩熔断和磨圆熟化机制为主。

苯甲酸钠对AM60镁合金在氯化钠溶液中的缓蚀作用

为了改善AM60镁合金的抗腐蚀性能,通过电化学阻抗、极化曲线和浸泡等方法研究了苯甲酸钠(SB)对AM60镁合金在3.5%氯化钠溶液中的缓蚀作用,并考察了温度对缓蚀率的作用规律,借助扫描电镜观察了不同温度和不同SB浓度下镁合金腐蚀后的表面形貌,分析了SB的缓蚀机制。结果表明:SB明显减缓了AM60镁合金的腐蚀速率,当其浓度为0.5mol·L-1时,缓蚀率达到75%以上,这主要是因为SB在AM60镁合金表面发生了物理吸附,这种吸附为放热、熵增的自发过程,形成的多分子吸附层隔离了镁合金和腐蚀介质的直接接触。随着SB浓度增加,镁合金腐蚀反应活化能增大,缓蚀率随之而增大。当SB浓度增大到0.7mol·L-1以后,由于分子间排斥作用占主导作用,导致缓蚀率没有明显增加,且随着温度从25℃升高到70℃,SB的缓蚀率略有下降。

自孕育铸造对AM60镁合金晶粒细化的影响

利用新型自孕育铸造工艺制备AM60镁合金半固态坯料,研究了自孕育铸造对合金组织的细化效果。试验结果表明,在最佳工艺参数组合下,自孕育铸造组织晶粒细小均匀,尺寸主要分布在20～50μm,晶粒平均等效圆直径达到35μm。对自孕育铸造过程中初生相形核和长大过程分析认为,孕育剂的加入促进了非均质形核效应,导流器的激冷、剪切作用促进了激冷晶的形成和树枝晶的破碎,两过程使合金凝固时晶粒增殖,抑制长大机制促进了合金组织的细化。

压铸AM60B镁合金TIG焊组织研究

对压铸AM60B镁合金板钨极氩弧焊缝显微组织进行了观察分析。结果表明,焊缝中心区由细小均匀的等轴晶和呈网状分布于晶界的高相比例Mg17Al12共晶相组成,在接近上自由表面分布着细小圆形气孔;靠焊缝侧的熔合区集中出现不同尺寸的气孔和微观疏松,显微组织由粗大等轴晶和数量明显减少、呈蠕虫状和颗粒状分布在晶界的Mg17Al12共晶相组成;靠热影响区侧的熔合区组织粗大、晶界和Mg17Al12共晶相逐渐模糊;热影响区组织形貌与母材相近,但晶粒有明显长大现象。

半固态等温处理对AM60B镁合金组织的影响

研究了半固态等温处理工艺对金属型AM60B的组织和初生相尺寸及形态的影响。结果表明,在半固态等温热处理过程中,网状分布的共晶组织先发生熔化;随着等温时间的延长,α相发生熔化分离;等温时间过长时,球状颗粒有长大、合并的趋势,等温温度越高,晶粒间的合并现象越严重。结果表明,在595℃时保温60～75min可以获得较好的球状非枝晶组织;经过两步法短时的高温保温,非枝晶转变进程加快,可以得到较细小均匀的非枝晶组织。

大塑性变形的AM60镁合金半固态等温处理研究

为了制备晶粒细小且球化程度高的的AM60镁合金半固态坯料,对铸态和等径道角挤压态的AM60镁合金半固态等温处理过程进行了研究.借助金相显微镜对AM60镁合金铸坯和等径道角挤压后的铸坯在半固态等温处理中的微观组织演变进行了观察.研究结果表明:对于AM60镁合金,直接等温处理获得的半固坯晶粒很粗大,其平均晶粒尺寸都在100μm以上,晶粒球化效果不理想,很难获得合格的半固态坯;新SIMA法是一种非常理想制备AM60镁合金半固态坯的方法,利用该方法制备的AM60半固态坯的微观组织晶粒十分细小,平均晶粒尺寸在8～22μm,晶粒球化程度高;随着保温时间的延长,新SIMA法制备的AM60半固态坯的微观组织出现长大现象;随着等温处理温度的升高,固相晶粒的平均尺寸先增加后减小,晶粒球化程度越来越高.

AM60B镁合金的Al5Ti1B细化工艺研究

研究了不同处理参数下,Al5Ti1B对AM60B镁合金的细化工艺。结果表明:当加入0.3wt%细化合金,在780℃保温30 min后浇注时,AM60B合金平均晶粒尺寸由348μm变为73μm。由于TiB2与α-Mg晶粒错配度相差较小,异质核心促进镁合金形核,从而细化合金,随着细化温度和时间的变化,晶粒的细化效果又有所不同。