AZ91D变形镁合金的动态应变时效现象

在应变速率为1.11×10-4～1.67×10-3s-1、温度为248～523K的条件下,对固溶态AZ91D变形镁合金进行拉伸试验。结果表明:在一定的拉伸应变速率和温度区间拉伸时,AZ91D镁合金在形变过程中发生动态应变时效(DSA)现象,其典型特征表现为其拉伸曲线出现锯齿波,所对应的锯齿波类型分别呈A型及A+B混合型;应变速率敏感性系数为负值;且出现加工硬化速率峰值;出现锯齿屈服的临界应变量随变形温度升高而减小,而随应变速率增加而增大;当形变温度大于323K时,加工硬化速率随着温度升高反而急剧增大,在368K时达到峰值。

AZ91D变形镁合金板温热拉伸性能研究

在应变速率为10-3～10-1S-1、温度为150℃～400℃的条件下,在万能试验机上对AZ91D镁合金板材进行了在线加热拉伸试验,获得了各成形条件下0°、45°、90°三个方向的应力应变曲线。试验结果表明,当拉伸温度增加或拉伸速率降低时,板料的屈服强度和抗拉强度降低,而其塑性变形能力提高;板材具有明显的各向异性,45°方向塑性变形能力最高,90°方向时最低。

基于Deform 3D的AZ31镁合金不对称挤压变形工艺模拟

通过Deform 3D软件模拟了AZ31镁合金不对称挤压变形工艺过程。结果表明,设置不同水平长度流动距离促使材料不对称地流入挤压通道,进而形成不对称剪切变形,出现应变及应力集中分布的不对称性,促使材料晶粒沿着剪切面偏转,获得细晶、弱织构的高性能镁合金坯料。

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。

AZ91镁合金中变形孪晶与析出相交互作用结构的电子显微学研究

本文综合利用透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)及高分辨透射电子显微镜(high resolution transmission electron microscope,HRTEM)电子显微表征技术,对冲击变形时效AZ91镁合金中变形孪晶与β⁃Mg17Al12析出相交互作用引发的变形结构进行了观察和表征。结果表明:(1)β析出相阻碍{1012}孪晶生长使其界面形成台阶结构导致孪晶板条呈现粗细不均的形貌,更严重的交互作用可导致孪晶界发生大角度弯折,同时诱发基体中扭折带的形成以协调孪晶变形;(2){1011}孪晶与β析出相的交互作用会产生局域应力集中,导致连锁诱发{1012}孪晶形核,表明孪晶与析出相的交互作用可以促进孪晶形核。

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。

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。

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。

固溶时间对铸态AZ91D镁合金组织与力学性能影响研究

镁合金在冶金过程中,其组织与力学性能受热处理的影响很大,通过控制铸态镁合金的固溶时间获得固溶态AZ91D合金,并对制得的镁合金试样进行微观组织和力学性能测试。研究结果表明:铸态基体内存在许多枝晶结构,含有许多大尺寸αMg相,晶界处形成了大量的网型β相;增加固溶时间后,形成了尺寸更大的晶粒,从而降低了材料力学强度;经过固溶处理后AZ91D合金硬度降低,随着固溶时间的增加,硬度进一步降低;固溶处理后AZ91D合金拉伸强度和压缩强度增大,经过6 h固溶处理获得的AZ91D合金力学强度增大了20%以上。该研究为后续的镁合金强化奠定了一定的理论基础。

不同模具角度下反复弯曲-压平变形工艺对AZ31镁合金板材显微组织演变和变形行为的影响

采用不同角度模具的反复弯曲-压平变形工艺制备AZ31镁合金板材。通过FEM、OM、EBSD和硬度计研究AZ31镁合金在反复弯曲-压平变形过程中的显微组织演变和变形行为。结果表明,150°/150°模具在所有三组实验中都表现出最佳性能。随着道次的增加,合金的等效应变由于剪切和弯曲作用而显著提高。经过4道次后,合金的平均晶粒尺寸显著细化至1.7μm,基面织构被弱化,这是非基面滑移、动态再结晶和孪生引起的;尤其是锥面滑移有利于引发动态再结晶和孪生。合金的硬度值达到HV 77,这是滑移、孪生和动态再结晶竞争产生的显微组织和织构综合作用的结果。

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。

添加碳粉对AZ91镁合金微观组织与力学性能的影响

研究了不同含量的碳粉细化剂对AZ91镁合金的显微组织与力学性能的影响规律。对AZ91合金进行微观组织观察、SEM分析和力学性能测试。结果表明:随着细化剂含量的增加,AZ91合金的晶粒尺寸显著减小。当添加0.5wt%细化剂时,AZ91合金的晶粒尺寸减小到184μm,细化效率达到了67%。当添加0.3wt%细化剂时,AZ91合金的抗拉强度和伸长率达到最高的150MPa和2.1%,相比于未添加细化剂的,其分别提升了28%和50%。C元素与Al元素反应得到了Al_(4)C_(3)相,可以作为AZ91合金的异质形核位点,起到了晶粒细化的作用,并显著提升AZ91合金的力学性能。

变形温度对塑性变形新方法加工的AZ31镁合金显微组织和织构的影响

提出一种新的反复镦挤变形(RUE)方法。采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)和维氏硬度计分析不同变形温度对RUE变形AZ31镁合金显微组织和织构的影响。结果表明:经RUE变形后,AZ31镁合金组织局部细化至0.8μm,细化机制主要为连续动态再结晶(CDRX);随着温度的升高,首先形成平行于剪切面的基面织构,随后形成强度减弱的{11■0}<10■0>织构,最后形成{0001}<10■0>和{0001}<11■0>织构。基面和锥面位错滑移导致织构分裂。经RUE变形后AZ31镁合金的最大硬度较初始状态提高42.4%,主要原因是细晶强化和位错强化。

ZrO_(2)纳米颗粒含量对AZ91D镁合金微弧氧化膜耐蚀性的影响

为了提高AZ91D镁合金的耐蚀性能,利用单极性脉冲电源制备具有不同ZrO_(2)纳米颗粒含量的微弧氧化膜层,研究纳米ZrO_(2)颗粒对AZ91D镁合金微弧氧化膜层耐蚀性的影响。采用扫描电子显微镜观察复合膜层的表面及截面形貌;同时利用X射线衍射仪分析不同ZrO_(2)纳米颗粒含量的膜层中的相组成;测试样品的电化学腐蚀性能。结果表明:当电解液中加入1 g/L ZrO_(2)颗粒时,纳米ZrO_(2)颗粒能够渗入微弧氧化膜层之中,封闭膜中原有的微孔和微裂纹等缺陷,膜层表面质量较好;随着电解液中ZrO_(2)颗粒含量由2 g/L增加到3 g/L时,膜层的裂纹明显增多,导致腐蚀介质容易进入膜层发生腐蚀,耐蚀性能下降;在电解液中添加纳米ZrO_(2)颗粒时,1~3 g/L范围内添加1 g/L ZrO_(2)纳米颗粒的微弧氧化膜层的耐蚀性能最好。

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。

AZ31/AZ61/AZ91镁合金超塑性压缩变形的本构方程

对再结晶退火后的AZ31、AZ61、AZ91镁合金进行热压缩试验,研究该系列镁合金在变形温度423~673 K和应变速率1×10-4~1×10^(-2) s^(-1)范围的超塑性行为,分析工艺参数、显微组织和超塑性行为之间的关系。试验结果表明,在673 K和1×10^(-2) s^(-1)的初始应变速率下,该系列镁合金的应力应变曲线表现为明显的超塑性特征,其应变速率敏感指数分别为0.25、0.23、0.24,超塑性变形激活能分别为105.8、165.4、126.2 kJ/mol,接近其晶界自扩散活化能,并由此建立相应的超塑性压缩本构方程。

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)。

汽车用镁合金纯剪切变形工艺的模拟分析

为了弱化织构和细化晶粒以改善AZ31镁合金材料综合力学性能,设计了纯剪切挤压变形工艺。通过Deform 3D软件对该工艺进行模拟分析。结果显示,通过该挤压剪切变形,镁合金材料呈现不对称性流动,变形主要集中在材料外侧。随变形程度增加,应变向内部延伸扩展,进而形成较大剧烈塑性变形,弱化织构和细化晶粒,有利于镁合金综合性能提高。

AZ91D镁合金的热压缩变形行为

在应变速率为0.005～1s-1、温度250～350℃条件下,采用Instron-5500热模拟机对AZ91D镁合金的高温压缩特性进行研究,得到其真实应力—应变曲线。分析挤压温度和应变速率等对曲线的影响,得出本构方程的一系列常数,建立AZ91D镁合金在高温压缩中的本构方程关系式。结果表明:变形过程中AZ91D镁合金的流动应力随温度的升高而降低,随应变速率的升高而升高;该流动应力可以用双曲正弦函数来描述,其双曲正弦值随Zener-Hollomon参数自然对数的升高呈线性增大;AZ91D镁合金是正应变速率敏感材料,其应变速率敏感指数m=0.14。