Mg-3Zn-1Zr合金热变形行为及其本构模型

采用Gleeble 3800热模拟机测试了Mg-3Zn-1Zr合金在温度为250～350℃、应变速率为0. 01～1 s-1条件下的多组热模拟压缩变形行为。结果表明:合金在热压缩时表现出明显的动态再结晶特征,随应变的增加流动应力先快速增加,然后经过一个缓慢的增加后达到峰值,最后极缓慢的下降并保持稳定。合金热变形时的流动应力对变形温度和变形速率非常敏感,随变形速率的增加而增大,随变形温度的升高而降低。利用热模拟压缩实验数据,基于Arrhenius方程和Zener-Hollomon参数,运用多元回归分析方法建立了Mg-3Zn-1Zr合金在高温变形过程中的流变应力本构模型。

Mg-3Zn-1Zr合金细径管材的挤压模具设计

基于Mg-3Zn-1Zr合金本构方程运用Defrom-3D软件对多种Mg-3Zn-1Zr合金细径管材的挤压模具参数的配合进行了有限元模拟分析。结果表明:挤压模入口圆角半径一定时,挤压模模角越大,挤压杆的载荷越小,挤压模圆锥段发生紊流现象越严重,挤压死区越大。挤压模入口圆角处的磨损最为严重,当挤压模模角为120°,挤压模入口圆角半径为2mm时,模具磨损最小,挤压载荷和模具应力也较小。工作带长度超过4mm时,随着工作带长度的增加,模具磨损深度显著增大,管材与模具易产生黏结,进而产生缺陷和变形不均匀。采用模拟优化的模具挤压出的Mg-3Zn-1Zr合金细径管材表面质量良好、尺寸精度高,说明基于Deform-3D有限元分析能够为实际模具设计与镁合金型材的生产提供可靠参考。

Ti-22Al-23Nb-1Mo-1Zr合金环锻件组织演变及力学行为

以五元系Ti_(2)AlNb合金Ti-22Al-23Nb-1Mo-1Zr(原子分数/%)环锻件为研究对象,借助扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和力学性能检测设备,研究合金在不同固溶温度(850,880,900℃)+750℃时效处理工艺下的组织演变、拉伸性能及断裂行为。结果表明:固溶处理后,随固溶温度的增加,细片层O相易固溶于B2相基体中,粗片层O相逐渐粗化,O相体积分数下降;后经时效处理后,有少量细片层O相从B2相基体中析出,粗片层O相进一步粗化,O相体积分数趋于一致;合金强度随固溶温度增加呈下降趋势,而塑性呈上升趋势;拉伸断口形貌为典型解理和韧窝混合断裂的准解理特征,纵向断口存在微裂纹、滑移特征以及沿拉伸方向伸长的弯曲片层O相;位错在B2/O相界塞积,片层O相尺寸细小,能够有效减小位错滑移距离,使得合金强化作用较强。

固溶时效处理对钻杆用Ti-6Al-4V-1Mo-1Zr合金组织及性能的影响

采用力学性能测试、组织观察等方法研究了固溶时效热处理工艺对钻杆用Ti-6Al-4V-1Mo-1Zr合金显微组织和力学性能的影响。研究结果表明,两相区固溶时效后实验材料得到双态组织,初生α相体积分数随固溶温度升高而减少,β转变组织及次生α相尺寸和体积分数随固溶温度升高而增加;相变点以上固溶时效后实验材料得到片层组织,使断裂过程中裂纹路径发生偏转,提高了裂纹的扩展路径,增大了冲击过程中钛合金可吸收的能量,提高了钛合金的冲击韧性;两阶段固溶时效热处理后的钛合金屈服强度达932 MPa以上、伸长率为14.1%、冲击功大于45 J,具备良好的强韧性匹配。

固溶态Mg-3Zn-Y-1.5Nd-0.4Zr合金组织演变及力学性能优化

研究了固溶处理(T4处理)对Mg-3Zn-1Y-1.5Nd-0.4Zr合金的组织演变与力学性能的影响。采用X射线衍射,扫面电子显微镜和能谱仪对铸态及固溶态Mg-3Zn-1Y-1.5Nd-0.4Zr合金的微观组织进行分析,采用单轴拉伸测试和显微硬度测试对铸态及固溶态Mg-3Zn-1Y-1.5Nd-0.4Zr合金的力学性能进行测试。结果表明,铸态Mg-3Zn-1Y-1.5Nd-0.4Zr合金晶界处连续的第二相在固溶过程中发生断裂并球化现象,其综合力学性能先增加后减小。Mg-3Zn-1Y-1.5Nd-0.4Zr合金在490℃下保温26 h时力学性能最佳,其极限抗拉强度,屈服强度和伸长率分别为278.20 MPa,226.79 MPa和13.53%。固溶处理过程中,Mg-3Zn-1Y-1.5Nd-0.4Zr合金因为第二相发生球化现象,第二相中溶质元素的溶解产生固溶强化,使固溶态Mg-3Zn-1Y-1.5Nd-0.4Zr合金的综合力学性能得到提高。

NiCr涂层结构对Nb-1Zr合金抗氧化性能的影响

为提高Nb-1Zr合金基体在600℃大气环境下的抗氧化性能,采用等离子增强电弧离子镀技术在Nb-1Zr合金表面低于300℃下实现不同复合结构的NiCr涂层。利用恒温氧化表征了涂层在600℃、500 h大气环境下的抗氧化性能,揭示了不同复合结构涂层失效以及抗氧化机理。结果表明,单一NiCr涂层中存在的大量"微孔"结构缺陷相互连通构成了氧元素进入基体的扩散通道,界面处基体首先发生氧化,生成以Nb_2O_5为主的粉末状氧化产物。随着氧化时间的延长,氧化产物逐渐增多,体积逐渐膨胀,造成表面鼓泡直至破裂失效。采用NiCr多层复合结构能够显著降低涂层中形成"贯穿孔"的几率,但并未改变涂层的失效方式。而基体与NiCr层之间引入Cr过渡层,能够在界面处与扩散进入的氧首先反应生成致密的Cr_2O_3层,阻碍氧向基体的进一步扩散,且随着氧化时间的延长,涂层中的Cr向表面的扩散使得其表面相应形成一层致密的Cr_2O_3层,双层致密氧化膜的形成确保了基体抗氧化性能的提高。结果显示,Cr/NiCr多层复合结构涂层能够使Nb-1Zr合金在600℃大气环境下的抗氧化时间延长至500 h,氧化增重率仅有0.08g·(m^2·h)^(-1)。

工艺处理对Cu-0.8Cr-0.1Zr合金组织及性能的影响

研究了不同加工工艺及热处理工艺对Cu-0.8Cr-0.1Zr合金组织和性能的影响,通过组织和性能的对比得出了最佳的处理工艺。试验结果表明,Cu-0.8Cr-0.1Zr合金经过热挤变形后,在980℃保温40min后水冷,再经460℃时效3h,Cu-0.8Cr-0.1Zr合金的电导率和硬度(HV0.2)分别达49.01MS/m、131。

时效对Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr镁合金强度和耐蚀性的影响

为获得高强耐蚀的Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr合金,采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和电化学方法等分析了时效工艺对该合金强度和耐蚀性的影响。结果表明峰值时效合金强度很高但耐蚀性差,晶界析出相粗大且分布连续,在腐蚀溶液中镁合金由于析氢,晶界处很容易形成腐蚀通道。同时纳米尺寸的析出相和镁基体微电偶腐蚀很严重。过时效状态合金强度变化不大但耐蚀性显著增强,过时效样品晶内析出相粗大,晶界析出相分布不连续,腐蚀产物在其表面堆积导致腐蚀通道被堵塞,从而使合金耐蚀性显著提高。

Mg-12Gd-4Y-1Zn-0.5Zr合金的显微组织和力学性能

研究了铸态、热挤压态和热挤压加时效处理的Mg-12Gd-4Y-1Zn-0.5Zr合金的显微组织特征和室温拉伸性能.结合SEM-EDS和TEM-EDS重点分析了热挤压态的合金的相组成.结果表明:合金的铸态组织主要由αVMg基体和沿晶界分布的片层状的第二相组成,经过370℃热挤压变形后,合金中第二相的分布和形貌均发生变化,200℃,70 h时效处理后第二相分布变得不规则.并发现了两种非平衡相,即片状的Mg(GdZn)5和块状的Mg3(Gd0.5Y0.5)相.热挤压变形加时效处理后合金室温抗拉强度显著提高的同时,且具有良好的延伸率.

热处理过程中Mg-8Gd-3Y-1Nd-0.5Zr合金的组织演变及性能

采用透射电镜、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射及力学性能等测试手段,研究热处理工艺对水冷铸造的Mg-8Gd-3Y-1Nd-0.5Zr(质量分数)合金显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。合金铸态显微组织由α-Mg、Mg(Gd,Y)相、富Zr小颗粒相和β-Mg_(24)Y_5网状共晶组成。在520℃固溶24 h后,合金中共晶相固溶进基体,固溶演变过程为α-Mg+β-Mg_(24)Y_5相+Mg(Gd,Y)→过饱和α-Mg固溶体+Mg(Gd,Y)相。225℃时效,合金的析出序列为Mg(S.S.S.S)→β″(DO19)→β′(CBCO)→β_1(FCC)→β(FCC),时效24 h达到峰时效态,合金的室温抗拉强度达到231MPa,伸长率为3.4%。时效处理能提高合金耐腐蚀性能,225℃时效72 h时合金析出稳定β(FCC)相,平均析氢速率最小,为0.22 mL/(cm^2·h),合金的耐腐蚀性能最强。

冷却速度对Mg-5Zn-1Y-0.6Zr合金组织和性能的影响

采用快速凝固技术制备Mg-5Zn-1Y-0.6Zr合金,用XRD、SEM、HRTEM、显微硬度测量等分析方法研究其凝固组织和性能。结果表明,合金由α-Mg固溶体、晶界处不连续分布的I(Mg3Zn6Y)准晶相和非晶相组成。根据热传导理论,采用一维傅立叶热传导方程计算了合金的冷却速度。冷却速度的提高使得晶粒细化、成分均匀、非晶相含量增多。硬度(HV)随冷速的提高显著增大,最大值为167.23,是普通凝固合金的2.2倍。

Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.5Zr合金的高温蠕变行为

采用光学显微镜和蠕变实验机研究Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.5Zr合金在不同温度和应力下的高温蠕变行为。结果表明：在应力为70～130 MPa范围内,200℃时Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.5Zr合金的蠕变应力指数n=1.63,蠕变机制为晶界滑动,250℃时蠕变应力指数n=2.63,蠕变机制为位错滑移;在蠕变温度为200～250℃范围内,应力分别为70、90、110和130 MPa时,合金的蠕变激活能Qc分别为108.5、118.9、127.6和134.3 k J/mol;随着温度和应力的增加,合金晶粒长大,合金的蠕变机制由晶界滑动控制转变为位错滑移控制。

预退火对纳米晶Fe_(86)Zr_7B_6Cu_1合金显微组织和软磁性能的影响

研究在常规退火前的高温短时间预退火对非晶Fe86Zr7B6Cu1合金晶化过程的影响,通过分析温度对形核速率和晶粒长大速率的影响规律,讨论预退火对非晶Fe86Zr7B6Cu1合金晶化过程的影响机制。结果表明,合适的预退火引起纳米晶Fe86Zr7B6Cu1合金中结晶α-Fe相的晶粒尺寸的减小和体积分数的增加。非晶Fe86Zr7B6Cu1合金经600℃退火1 h后的结晶α-Fe相的晶粒尺寸和体积分数分别为13.2 nm和65.2%,而在750℃保温2 min再在600℃退火1 h后的结晶α-Fe相的晶粒尺寸和体积分数分别为9.5 nm和72.4%。在750℃保温2 min再在600℃退火1 h后的试样比常规退火得到的试样具有更为优良的软磁性能。

电光源用Nb1Zr合金棒材加工工艺研究

研究了Nb1Zr合金棒材的新工艺制备技术,采用"挤压+径锻+型轧+涂层拉拔"替代原"自由锻+径锻+型轧+氧化拉拔+酸洗"工艺,有效保证了产品高精度尺寸公差要求,同时解决了原产品工艺酸洗造成的环保问题。Nb1Zr合金棒材成品处理采用1 350℃/60 min真空退火工艺,材料最终晶粒度≥7级。研究了棒材变形工艺、退火温度、保温时间等因素对Nb1Zr合金棒材再结晶晶粒大小的影响。

挤压速度对Mg-2Y-1Zn-0.4Zr合金组织演变、力学性能和动态腐蚀行为的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、力学性能测试和电化学测试等研究了挤压速度对铸态Mg-2Y-1Zn-0.4Zr镁合金显微组织、力学性能和腐蚀性能的影响。结果表明:挤压速度对Mg-2Y-1Zn-0.4Zr镁合金的显微组织、力学性能和腐蚀性能都有显著影响。随着挤压速度的增加,合金的平均晶粒尺寸增大,动态再结晶晶粒的体积分数先增加后减小。在60 mm/min的挤压速度下,合金的动态再结晶程度最高,并且组织中均匀分布着微米级的W-相,综合性能最佳,屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为327 MPa、322 MPa和24.9%。

固溶时间对Mg-2Zn-1Y-0.5Zr合金组织与腐蚀性能的影响

通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、浸泡测试和电化学测试等研究了Mg-2Zn-1Y-0.5Zr合金在490℃固溶4~14 h后的微观组织和腐蚀性能。结果表明:随着固溶时间的延长,合金的晶粒尺寸逐渐由98.19μm增大到142.90μm,合金中的第二相逐渐溶解,第二相体积分数由1.33%降到0.02%,大幅降低了第二相与合金基体之间因腐蚀电位不同而引起的微电偶腐蚀;在490℃固溶处理8 h时后,合金的腐蚀速率为0.414 mm/y,自腐蚀电位为-1.525 V,自腐蚀电流密度为3.327μA/cm^(2),耐蚀性能最好。

轧制温度和轧制道次对Mg-1RE-0.5Zn-0.5Zr合金组织和性能的影响

利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪、电子万能试验机和激光导热仪研究了轧制温度和轧制道次对Mg-1RE-0.5Zn-0.5Zr合金组织和性能的影响。结果表明:铸态Mg-1RE-0.5Zn-0.5Zr合金主要由镁基体(α-Mg)和沿晶界分布的LaMg12、CeMg12第二相组成。经过轧制变形后,合金的晶粒细化,力学性能得到改善。当轧制温度相同时,合金的抗拉强度随着轧制道次的增加而提高。当轧制道次相同时,轧制温度越高,合金的抗拉强度越高。在相同的轧制温度下,合金的断后伸长率随着轧制道次的增加先降低后升高。轧制退火态合金的抗拉强度低于轧制态合金,这是由于退火处理后晶粒长大,合金的抗拉强度略有降低。合金在410℃轧制不同道次时的热导率较高,3道次轧制的最高,达146.678 W/(m·K),比铸态合金提高了20.9%。410和450℃轧制退火态合金的热导率相比轧制态的变化不明显。

热处理对Mg-12Gd-1Zn-0.5Zr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、X射线衍射仪和拉伸试验机等研究了不同热处理状态下Mg-12Gd-1Zn-0.5Zr合金的物相、显微组织和力学性能。结果表明:铸态Mg-12Gd-1Zn-0.5Zr合金的组织主要由α-Mg基体、Mg_(5)(Gd,Zn)、Mg_(5)Gd以及Mg_(10)ZnGd(18R-LPSO)相构成。固溶处理后,LPSO相从18R型LPSO转变为14H型LPSO(Mg_(12)ZnGd),时效处理后,合金的组织主要由α-Mg基体、Mg_(5)Gd和Mg_(12)ZnGd相组成;Mg-12Gd-1Zn-0.5Zr合金的最佳热处理工艺为500℃固溶处理10 h+225℃时效12 h,此时合金的抗拉强度和屈服强度由铸态的192.16和110.24 MPa增加到243.10和159.36 MPa,伸长率由12.64%降低到11.66%。

Mg-4Y-2Sm-1Gd-0.5Zr合金的组织与性能

采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)等对Mg-4Y-2Sm-1Gd-0.5Zr合金的微观组织及物相进行了分析,并采用拉伸实验机在不同温度下对其进行了力学性能测试。结果表明:Mg-4Y-2Sm-1Gd-0.5Zr合金的铸态组织主要由α-Mg基体和Mg_(24)Y_5,Mg_(41)Sm_5和Mg_5Gd相组成,经过固溶处理后,稀土元素大部分被固溶进基体形成过饱和固溶体;Mg-4Y-2Sm-1Gd-0.5Zr合金的最佳热处理工艺为525℃×10 h+225℃×12 h,此时合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为223.6 MPa、146.5 MPa和14.1%,表明合金具有较高的强度和良好的塑性,综合力学性能优异,其强化机制主要是析出强化;时效态Mg-4Y-2Sm-1Gd-0.5Zr合金在150～250℃范围内强度变化不明显,性能稳定,特别适合在150～250℃服役条件下使用。随拉伸温度的升高,合金的断裂方式由脆性解理断裂向微孔聚集型韧性断裂转变。

Zr1Nb/Zr-4焊缝与Zr1Nb/Zr1Nb焊缝的力学性能和耐腐蚀性能对比研究

分别采用Zr-4和Zr1Nb两种合金作为Zr1Nb包壳的端塞材料,用钨极气体保护焊对包壳和端塞进行焊接。用常温爆破和显微硬度测试方法对比研究了两种焊缝的力学性能,用360℃均匀水腐蚀和400℃高温蒸汽腐蚀对比研究了两种焊缝的耐腐蚀性能。结果表明:两种焊缝的力学性能相当,Zr1Nb/Zr-4焊缝的耐腐蚀性能优于Zr1Nb/Zr1Nb焊缝的耐腐蚀性能。