析出相对AZ91D挤压镁合金PLC效应的影响

研究了具有不同析出相含量的AZ91D挤压镁合金在拉伸变形中出现的Portevin-Le Chatelier(PLC)现象,讨论了析出相对其产生PLC效应的影响规律,指出AZ91D挤压镁合金产生PLC效应的微观机理。结果表明:Al溶质原子的浓度是影响AZ91D挤压镁合金产生PLC效应的主要因素,β-Mg_(17)Al_(12)相的析出抑制了AZ91D挤压镁合金不稳定塑性行为。当β-Mg_(17)Al_(12)相析出量较高时,AZ91D挤压镁合金表现为稳定的塑性流变过程,其对应的应力-应变曲线为光滑的曲线;随着β-Mg_(17)Al_(12)相析出量的降低,固溶于Mg基体中的Al原子量增加,固溶体内溶质原子浓度提高,拉伸曲线表现出明显的锯齿屈服并逐渐剧烈,即AZ91D挤压镁合金的PLC效应随β-Mg_(17)Al_(12)相析出量的减少和Al溶质原子浓度的提高而增强;当β-Mg_(17)Al_(12)相含量为1.0mass%,对应的曲线上只出现一个锯齿抖动,这是AZ91D挤压镁合金产生PLC效应的临界状态。

挤压态AZ91D镁合金拉伸塑性性能研究

文章通过高温拉伸测试,分别对比未处理与固溶和时效处理的挤压态AZ91D镁合金在等应变速率与等温度条件下的延伸率,并测定不同拉伸状态下的微观形貌验证拉伸测试结果。研究了固溶和时效处理的挤压态AZ91D镁合金在250~350℃、应变速率在10-5~10-3的超塑性流变行为。结果显示:在280℃、0.0005s-1的条件下获得的最高延伸率达185.3%。在AZ91D镁合金超塑性成形过程中,初始应变速率的影响比变形温度更显著。得出结论:固溶处理和时效处理可减小AZ91D的晶粒尺寸;根据AZ91D镁合金超塑性变形后的晶粒组织验证固溶和时效处理能提高合金的超塑性。

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。

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。

往复挤压及正挤压AZ91D镁合金丝材的组织及性能

将AZ91D镁合金铸锭在330℃往复挤压4道次后,在300℃连续正挤压制成φ5mm的丝材,用OM,SEM分析不同方式挤压前后组织的变化,研究往复挤压及随后正挤压对其组织与性能的影响。研究表明,AZ91D镁合金往复挤压4道次及连续正挤压制备的φ5mm丝材组织均为等轴晶,晶粒尺寸分别为小于10μm及1μm^3μm。经往复挤压及随后的正挤压,AZ91D铸造镁合金的综合力学性能均可得到显著提高,其主要原因是基体组织α-Mg和强化相β-Mg17Al12的细化。往复挤压4道次后,材料真应变高达20.36,正挤压过程中等效应变速率达到0.192s-1,AZ91D镁合金往复挤压及正挤压晶粒的细化机制主要包括破碎、动态再结晶和动态回复。

基于SHPB实验的挤压AZ91D镁合金动态力学行为数值模拟

使用霍普金森压杆技术对挤压AZ91D镁合金进行3种应变速率下的动态压缩实验,基于实验数据的拟合确定了其动态压缩的Johnson-Cook(J-C)本构方程。采用拟合的J-C本构参数和LS-DYNA有限元软件对挤压AZ91D镁合金在3种应变速率下的SHPB实验进行了数值模拟,根据模拟得到的入射波、反射波和透射波形计算得到各应变速率下完整的应力-应变曲线,并与实验及拟合的应力-应变响应进行了对比。结果表明:当应变速率在400~1000 s-1之间变化时,AZ91D镁合金的应变速率敏感性随应变率增大而增大;基于J-C材料模型描述的AZ91D镁合金应变速率相关的应力-应变本构模型,其数值模拟结果与拟合结果及实验结果基本吻合。

热挤压AZ91D镁合金的组织与力学性能

对直径Ф50 mm铸态AZ91D合金棒材在603 K下进行单次热挤压,获得了直径Ф14 mm的棒材。用OM、SEM和TEM分析热挤压前后组织的变化,研究热挤压对其组织与性能的影响规律。结果表明,热挤压变形可以细化其微观组织,显著提高AZ91D合金的抗拉强度(σb、0σ.2)、伸长率(δ)及硬度(HB)。在此过程中合金α-Mg相有足够的独立滑移系可以启动,棱面滑移和基面滑移共同作用发生局部大变形,α-Mg沿挤压方向呈细条带状,β-Mg17Al12相分布于α-Mg条带间。然而,经单次挤压不可能得到均匀的变形组织,从边缘到中心,组织渐变,边缘组织细小,心部组织粗大。

等径角挤压制备的超细晶AZ91D镁合金块材的腐蚀行为

采用原位腐蚀、全浸泡腐蚀和电化学腐蚀,研究等径角挤压制备的超细晶AZ91D镁合金块材在3.5%(质量分数)氯化钠溶液中的腐蚀行为。结果表明:超细晶AZ91D镁合金中α固溶体晶粒细小(1～2μm);铸态组织中网状β相被破碎、细化成10μm左右的粒子,孤立且均匀分布于α固溶体上;形变细化降低合金在含氯介质中的耐蚀性,表现出更严重的腐蚀形貌、更快的腐蚀速度、极化测试中更大的腐蚀电流密度、电化学阻抗频谱中更小的极化电阻,且合金腐蚀行为由局部腐蚀转变成严重的均匀腐蚀。引起合金块材耐蚀性下降因素有2个:一是形变α固溶体的化学活性较高(源于应变产生的大量高能晶体缺陷,如大角度晶界、高密度位错等);二是细化的β相丧失了阻滞腐蚀介质向α固溶体扩展的屏障作用。

热挤压快速凝固AZ91D镁合金棒材的组织与性能

用单辊快速凝固(RS)薄带在330℃热挤压制备了直径Φ14mm的AZ91D合金棒材,用OM、SEM、TEM和XRD分析热挤压前后组织的变化,研究了热挤压对其组织与性能的影响。研究发现,热挤压后RS薄带之间焊合良好,挤压态棒材的抗拉强度较普通凝固铸态高55.9%;屈服强度高77.6%;伸长率与铸态相当;维氏硬度和布氏硬度均有较大提高。热处理后,快速凝固挤压棒材的抗拉强度和屈服强度均没有明显变化,伸长率却提高了5.6倍。在RS薄带的挤压过程中过饱和的á-Mg单相固溶体中有少量β-Mg17Al12相脱溶析出,而热处理后有较多细小的β-Mg17Al12相析出,室温拉伸断口呈塑性断裂特征。RS薄带挤压材料的抗拉强度不仅依赖于其本身的微细组织,而且和挤压加工过程密切相关。

等径道角挤压AZ91D镁合金的半固态组织演变

通过半固态重熔实验,并利用金相显微镜,对等径道角挤压AZ91D镁合金的半固态组织演变进行了研究。结果表明:等径道角挤压后二次加热等温处理是一种适于AZ91D镁合金的制坯方法,加热温度对坯料的组织有很大影响。当保温时间一定时,随着加热温度的升高,先是球化效果越来越好,后来发生晶粒合并长大现象,晶粒尺寸也会逐渐长大,当保温时间为15min,加热温度为560℃时,二次加热组织最好;当加热温度一定时,随着保温时间的延长,晶粒尺寸有长大的趋势,当加热温度为560℃,保温时间为15min时组织球化效果最好,晶粒最细小;当加热温度和保温时间一定时,随着挤压次数的增加,二次加热组织的晶粒尺寸减小。

热挤压AZ91D镁合金边角料组织和性能的研究

采用热挤压工艺直接热挤出AZ91D镁合金边角料,研究挤压温度对挤压成形镁合金组织和性能的影响,并讨论其断裂行为。结果表明：在450℃热挤压时,晶粒尺寸均匀,组织中已不存在原始边角料之间未打碎的结合面,边角料之间结合较好;在350~450℃之间热挤出时,AZ91D镁合金随挤压温度的升高,抗拉强度和延伸率均增加,当挤压温度达到450℃时抗拉强度和延伸率分别达到336.56MPa和11.02%,原始边角料之间结合状态主要影响镁合金的力学性能。

挤压高强度AZ91D镁合金管材的研究

针对挤压变形得到的高强度AZ91D合金管材进行了组织分析,探讨了其强化机制。实验得出,在温度为430℃、应变速率为0.033s-1、挤压比为12时AZ91D镁合金挤压管材(T6)的抗拉强度可达417.2MPa,远远高于压铸镁合金及AZ31等常用变形镁合金;除细晶强化外,第二相强化、亚晶界析出强化和堆垛结构强化为其主要强化机制。

大挤压形变AZ91D镁合金半固态等温组织演变

通过液淬法获得挤压比为40的AZ91D镁合金等温处理过程中的半固态组织,研究其球化机制.结果表明:密集位错促使再结晶速度加快,球化时间缩短.球化机制为等温过程中再结晶导致形变组织粒化,晶界低熔点组份聚集处以及位错密度相对较高的区域熔化,形成蜂巢状组织;固液界面张力和曲率过热促使多边形晶粒进一步球化.

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。

热挤压AZ91D镁合金线材的组织与性能研究

对铸态AZ91D合金进行400~460℃不同温度下的正挤压,制备出直径为3~4 mm的线材。利用光学显微镜分析线材的组织,测试其拉伸力学性能和热膨胀系数。结果表明,在不同挤压温度下均可制备出AZ91D镁合金线材,挤压温度越低,线材晶粒越细小。线材具有优异的力学性能,经400℃热挤压成形的线材抗拉强度和伸长率高达285.6 MPa和5.3%,明显高于同牌号铸态合金的性能。线材的平均线膨胀系数为（21.3~27.4）×10-6K-1。较低挤压温度下制备的线材具有较高的力学性能与较小的线膨胀系数。

线能量对挤压AZ91D镁合金GTAW焊接接头组织与性能的影响

通过显微组织观察、晶粒尺寸定量分析、显微硬度测试和拉伸实验等手段,系统研究了线能量变化对热挤压AZ91D镁合金钨极氩弧焊接接头微观组织、显微硬度和极限抗拉强度的影响。结果表明:线能量过低时,焊缝易出现未焊透和气孔缺陷,随着线能量的增加,熔合区和热影响区的晶粒尺寸均增大。线能量的增加导致热影响区和熔合区中的低熔共晶产物由连续状向颗粒状转变。适当的增加线能量有助于提高焊接接头平均显微硬度和极限抗拉强度,但过高的线能量会导致焊接接头的平均显微硬度和极限抗拉强度下降。这是因为当线能量增大到一定程度时,晶粒尺寸(霍尔-佩奇效应)、锌元素蒸发和过时效对金属材料强度产生的作用大于弥散强化(奥罗万强化机理)对材料强度产生的影响,霍尔-佩奇效应对材料性能的影响占主导地位。

BP神经网络在AZ91D镁合金挤压铸造工艺中的应用

采用BP人工神经网络建立AZ91D镁合金力学性能与挤压铸造工艺参数的关系模型,研究并分析了工艺参数对合金力学性能的影响规律。结果表明:比压对合金力学性能影响最强,浇注温度次之,保压时间最弱。在浇注温度680℃、比压200 MPa、保压时间25 s、模具温度280℃条件下可使合金获得良好综合性能。BP网络模型预测的准确率最高为96%,具有良好的可靠性和推广价值,对挤压铸造AZ91D镁合金生产具有实践指导和理论借鉴意义。

等径角挤压对AZ91D镁合金力学性能的影响

通过等径角挤压试验,并借助Instron拉伸材料试验机、金相显微镜等手段,对等径角挤压工艺对AZ91D镁合金力学性能的影响进行了研究。结果表明:用等径角挤压工艺可大大细化其微观组织,提高其力学性能;组织从原始铸坯的晶粒平均尺寸300μm左右细化到50μm以下,最细的可达到4～10μm;强度σb从100MPa提高到240MPa以上,伸长率δ从1%提高到4%以上。挤压温度对力学性能也有一定影响,当挤压温度为300℃时,经过固熔处理的AZ91D镁合金试件的力学性能最好,σb=292.4MPa,δ=12.8%。加工路线也影响挤压后材料的力学性能,其中,路线B使材料的力学性能最好,路线C次之,路线A最低。

挤压铸造态AZ91D镁合金的流变应力和动态再结晶行为

采用Gleeble−3800型热模拟试验机对挤压铸造态AZ91D镁合金进行了热压缩实验,研究在温度250~400℃、应变速率0.001~1 s^(−1)条件下挤压铸造态AZ91D镁合金的流变应力行为,同时利用金相分析(OM)、透射分析(TEM)和电子背散射分析(EBSD)对其变形微观组织进行了研究,建立其本构方程和热加工图。结果表明:应变速率和温度对挤压铸造态AZ91D镁合金的流变应力行为有显著的影响;挤压铸造态AZ91D镁合金最合适的加工范围是360~400℃、0.001~1 s^(−1)与270~360℃、0.001~0.01 s^(−1);在应变速率0.1 s^(−1)的条件下,随着温度升高,动态再结晶起始的临界应变由0.11降至0.02,形变孪晶与位错逐渐被动态再结晶取代,挤压铸造态AZ91D镁合金的变形机制由滑移和孪生转向滑移与动态再结晶相协调。