超声振动对含LPSO结构的Mg_(98)Y_(1.0)Ni_(0.5)Al_(0.5)合金显微组织与力学性能的影响

低Y、Ni含量的LPSO结构增强镁合金具有低成本、优异力学性能的特点。为进一步提升其综合力学性能,掺杂Al元素及熔体超声振动处理是可行的途径。通过扫描电子显微镜、能谱分析、透射电子显微镜、X射线衍射和纳米压痕测试研究掺杂Al元素后低Y、Ni含量的Mg_(98)Y_(1.0)Ni_(0.5)Al_(0.5)合金的显微组织,对比超声振动对显微组织与力学性能的影响。掺杂Al后LPSO结构的含量降低,且在块状LPSO结构相邻处析出圆整的Al_(2)NiY相。Al_(2)NiY相与LPSO结构和Mg基体在界面处均不共格。通过对熔体施加超声振动处理后,Al_(2)NiY相被有效细化为短片状,并均匀分布在基体中,阻碍微裂纹的产生和扩展,从而提高Mg98Ni0.5Y1.0Al0.5合金的力学性能。与未经超声处理Mg_(98)Ni_(0.5)Y_(1.0)Al_(0.5)合金相比,其极限抗拉强度和伸长率提升至187 MPa和7.9%,分别增长21.4%和105.7%。

Mg_(97)ZnY_2合金中LPSO结构的研究现状

综述了国内外几种制备Mg_(97)ZnY_2合金的工艺特点和研究现状,分析了该合金中几种不同长周期结构(Long period stacking ordered structure,简称LPSO)的形成机制及堆跺方式,提出了Mg_(97)ZnY_2合金当前研究的主要问题,并展望了Mg_(97)ZnY_2合金应用于现实生产的前景。

Mg-RE合金LPSO结构的析出与控制研究进展

在Mg-RE合金中添加微量合金元素,并通过一定的工艺控制可以获得层片状的长周期堆垛(LPSO)结构,使合金的综合力学性能得到大幅度提高。LPSO结构增强镁合金已成为高强韧镁合金研究的热点。结合不同Mg-RE合金综述不同LPSO结构的类型、特点、形成条件、形成机制和控制方法以及对力学性能的影响,提出Mg-RE系合金中LPSO结构研究需要解决的主要问题和LPSO结构增强镁合金的发展方向。

镁合金中LPSO结构与形成机制的研究进展

长周期堆垛(LPSO)结构可显著提高镁合金的强度、伸长率、抗蠕变和耐腐蚀性能,是高强韧镁合金研究的热点。综述6H、10H、14H、18R和24R-LPSO结构类型、特点,对比分析不同LPSO结构的形成机制和转换关系,提出LPSO结构研究的发展方向。

含LPSO结构相稀土镁合金热扭转变形的动态再结晶

基于扭转实验,研究了含LPSO结构相的高强耐热稀土镁合金在扭转变形条件下的组织和性能演变。采用热扭转变形对铸态Mg-13Gd-4Y-2Zn-0. 5Zr镁合金施加累积剪切应变,获得合金的扭转等效应力-等效应变曲线,确定了该种合金不同变形条件下的动态再结晶临界应变,并结合光学显微镜(OM)和显微硬度计对合金的组织和力学性能进行了表征。实验结果表明:低应变速率下(0. 001和0. 01 s-1),在很小的临界应变下就发生动态再结晶。较高应变速率下(0. 1 s-1),随变形温度升高,临界等效应变降低,更易发生动态再结晶。在400℃变形时,低应变速率下(0. 001 s-1)发生明显的不连续动态再结晶,沿晶界形成'项链状'组织。随应变速率增加,晶粒内部依次启动LPSO结构相变形扭折、连续动态再结晶和孪生机制以协调变形。在应变速率为0. 01 s-1时,随温度升高,动态再结晶程度增加,在LPSO结构相扭折处产生塞积,使LPSO结构相断裂、细化。由于扭转变形时,从边缘到心部变形量不同,从心部到边缘的显微硬度值逐渐增大。总体上,低温变形时的力学性能较好,但是,在350~450℃的温度范围内显微硬度值大小差距不明显。

镁合金中的LPSO结构

详细描述了镁合金中的LPSO相的最新研究进展,系统总结了镁合金中的LPSO相的结构、微合金组元的化学成分,分析了微观形成过程与机制以及优异的力学性能,展望了镁合金中LPSO结构的研究趋势。

热处理对含LPSO结构Mg-Y-Cu-Zr镁合金组织与腐蚀行为的影响

为研究长周期堆垛有序(LPSO)结构对镁合金腐蚀行为的影响,通过重力铸造制备了Mg-6.6Y-2.6Cu-1.2Zr(质量分数%)合金,并分别在420、440和460℃下固溶处理。借助SEM和XRD对合金显微组织和物相进行分析;通过腐蚀浸泡实验研究合金的耐蚀性能。结果表明,铸态Mg-6.6Y-2.6Cu-1.2Zr含有LPSO结构,随着固溶温度的升高,LPSO结构减少,晶粒尺寸增大,当固溶温度为460℃时,LPSO结构消失。不含LPSO结构的Mg-Y-Cu-Zr合金耐蚀性能优于含LPSO结构的该合金,而随着固溶温度的升高,含有LPSO结构的Mg-Y-Cu-Zr合金的耐蚀性能降低。此外,合金表现为严重的局部腐蚀行为。

LPSO结构增强Mg_(100-3x)Y_(2x)Zn_(x)合金的显微组织与力学性能研究

本文通过XRD、OM、SEM、TEM和万能拉伸试验机系统地研究了铸态与挤压态Mg_(100-3x)Y_(2x)Zn_(x)(x=0.5,1,2;at%)合金的显微组织与力学性能。结果发现,铸态与挤压态合金均由α-Mg基体和LPSO相组成,且同时增加Y和Zn元素不仅可以促进铸态合金中18R-LPSO相的形成,还能够有效促进挤压态合金中14H-LPSO相的动态析出。其次,挤压态Mg_(100-3x)Y_(2x)Zn_(x)合金基体均由再结晶与未再结晶双峰组织组成,且18R与14H-LPSO相沿挤压方向呈现条带状分布。与此同时,18R-LPSO相体积分数的增加严重阻碍了动态再结晶的形成与长大。此外,随着Y和Zn元素的同时增加,铸态与挤压态合金的强度不断降低而塑性逐渐增加,最后使得挤压态Mg_(100-3x)Y_(2x)Zn_(x)合金表现出较高的塑性(伸长率达35.1%),而Mg_(100-3x)Y_(2x)Zn_(x)合金表现出较高的强度(抗拉强度达403 MPa).

含14H-LPSO结构的Mg-7Gd-3Y-1Nd-1Zn-0.5Zr合金在240℃时效过程中析出相的演化

通过TEM与HAADF-STEM技术分析含14H-LPSO结构的Mg-7Gd-3Y-1Nd-1Zn-0.5Zr (质量分数,%)合金在240℃时效过程中析出相的形貌和晶体学特征。薄片状14H-LPSO结构在500℃、2 h热处理过程中析出,而β型析出相在240℃时效过程中析出。14H-LPSO结构沿[0001]α方向的原子堆垛顺序为ABABCACACACBABA。240℃时效2 h时,β型析出相为有序固溶团簇、之字形GP区和少量的β′相。240℃时效18 h达到峰值,相应的布氏硬度值为112,β型析出相为β′相和局部富RE结构。240℃时效100 h时,β型析出相为β′、β1和β’F。β′相不经过β″相直接从之字形GP区形核,然后通过β′→β’F→β1转变成β1相。Zn的添加不仅可以形成LPSO结构,而且参与β1相的形成。LPSO结构阻碍β’和β1相沿<0001>α的生长。

流变挤压铸造制备LPSO结构增强Mg-Zn-Y-Zr合金及其组织性能

采用流变挤压铸造工艺制备了含有LPSO结构的Mg99.9-3xZnxY2xZr0.1(x=0.5、1、2,摩尔分数,%)合金,研究了合金的微观组织特征及力学性能。结果表明,流变挤压铸造能有效细化合金的微观组织。合金的基体组织由尺寸较大的α1-Mg和尺寸较小的α2-Mg晶粒组成,LPSO结构呈细小的网状结构均匀地分布在晶界处,LPSO结构的含量越低,其细化效果越明显。随着挤压压力增大,合金中LPSO结构的厚度越来越小,当压力达到100MPa后,厚度变化趋缓。与常规重力铸造相比,流变挤压铸造能有效提高合金的力学性能,特别是伸长率。在400MPa下的流变挤压铸造Mg96.9Zn1Y2Zr0.1合金的抗拉强度和伸长率较重力铸造下分别提高了19%和170%。

Ni和Y含量对LPSO结构增强Mg-Ni-Y合金组织及力学性能的影响

以长周期堆垛有序(LPSO)结构增强的Mg100-3xNixY2x(x=0.5,1.0,1.5,2.0,摩尔分数,%)合金为对象,研究了Ni和Y含量对合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,随着Ni和Y含量增加,合金中的初生α-Mg晶粒变细,LPSO结构的体积分数由10%上升至40%,在Mg94Ni2Y4合金中出现了因Ni过量而产生的共晶Mg2Ni相。合金的强度随着Ni和Y含量的增加而升高,但伸长率持续下降。

Mg-Gd-Zn-Zr合金中的LPSO结构和时效相

为了研究Mg-Gd-Zn-Zr合金中的长周期堆垛有序(LPSO)结构的形成及其演化,对铸态、固溶态和时效态Mg_(96.32)Gd_(2.50)Zn_(1.00)Zr_(0.18)合金的显微组织进行了观察.OM,SEM和TEM观察表明,合金铸态组织由α-Mg固溶体、晶内层片状14H-LPSO结构和晶界处树枝状α-Mg+β-(Mg,Zn)_3Gd共晶相组成;500℃/35 h固溶处理后,晶界处发生β→X的固态相变,层片状X相也具有14H-LPSO结构;再经200℃/128 h峰时效处理后,晶内析出椭球状β′相和片状β_1相与14H-LPSO结构共存.室温拉伸实验和Vickers硬度测试表明,500℃/35 h+200℃/128 h处理改善了合金的力学性能,抗拉强度为290.7 MPa,屈服强度为162.5 MPa,Vickers硬度为108.0 HV,延伸率为10.4%.力学性能的改善与晶界、晶内的14H-LPSO结构及时效相等复合强韧化作用有关.

Mg-Y-Zn合金高应变率下LPSO结构的变形机制

长周期堆垛有序(long period stacking ordered,LPSO)结构是广泛存在于Mg-Y-Zn系镁合金中一种强化相。本文利用分离式霍普金森压杆(SHPB)和万能试验机测试了Mg-Y-Zn变形镁合金的动态压缩力学性能和准静态压缩力学性能,结果显示,Mg-Y-Zn变形镁合金存在一定的应变率强化效应;利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)分析实验材料的微观组织,通过比较LPSO结构在高应变率和准静态应变率下的变形机制,研究LPSO结构对材料应变率强化效应的作用:Mg-Y-Zn合金中有大量层状的LPSO结构在基体上随机分布;准静态条件下,在变形后的LPSO结构中发现类位错,LPSO结构主要的变形方式是启动基面滑移系;动态条件下,变形后的LPSO结构中存在大量位于基面上的类位错和少量位于柱面上的类位错以及位于锥面上的类位错,启动了临界切分应力更大的滑移系,LPSO结构的变形方式是层状结构厚度变薄,发生了聚集、扭折和断裂;LPSO结构附近的基体在变形过程产生了大量的位错缠结,产生大量的亚晶。

高性能VW73B镁合金微观组织与力学性能研究

随着全球节能减排政策的推进,高性能镁合金因其低密度、高比强度、可持续发展等优势在交通运输领域得到了广泛的应用。本文通过OM,SEM和TEM等手段研究了VW73B镁合金铸态、均匀化态、挤压态以及时效态的微观组织与性能。结果表明:铸态合金由α‑Mg、(Mg,Zn)3RE相、Mg5(RE,Zn)相和LPSO相构成,均匀化处理后,合金中仅存在α‑Mg和LPSO结构相。挤压变形后,晶粒显著细化,分布于晶界处的块状LPSO结构相促进了动态再结晶行为的发生。挤压态合金由未发生动态再结晶的粗晶和细小的动态再结晶晶粒组成,LPSO结构相沿挤压方向呈流线分布。峰时效态合金中存在大量纳米级β'沉淀相和细长针状基面层错,其抗拉强度为416 MPa,屈服强度为344 MPa,断后伸长率为10.0%。VW73B合金优异的力学性能是细晶强化、时效强化、块状LPSO结构相以及层片状LPSO结构相共同作用的结果。

高温固溶处理对Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金组织结构及力学性能的影响

通过光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和力学试验,研究了510℃下固溶处理20h所得Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金的组织结构及力学性能。结果表明,铸态Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金主要由树枝状α-Mg基体以及分布于枝晶间的(Mg,Zn)_3Gd共晶相组成;固溶处理后,合金相组成未发生变化,而(Mg,Zn)_3Gd相形貌由连续网状转变为不连续岛状,体积分数由19%下降为9%;固溶态合金中未观察到长周期堆垛有序结构的形成。拉伸条件下,固溶态Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金屈服强度比铸态略有下降,但抗拉强度和延伸率均有较大提高,其屈服强度、抗拉强度和延伸率依次为176 MPa、277 MPa和12.8%,表现出优良的综合力学性能;压缩条件下,铸态和固溶态Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金的力学性能差异较小,且均优于拉伸条件下的力学性能。

长周期堆垛结构相对Mg-Y-Gd-Zn-Mn合金显微组织和力学性能的影响

通过常规金属型铸造方法制备了Mg_(96.5-X)Y_XGd_1Zn_2M_(n0.5)(x=1.0,1.5,2.0,2.5)(x%)合金。利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和力学性能试验机等对合金的铸态显微组织及力学性能进行了系统的分析。研究结果显示,随着Y的增加,铸态合金组织明显细化,晶界上形成了18R型的长周期堆垛有序结构相,并且随着Y含量的增加其体积分数上升,Y含量增至2.5%时,18R型的长周期相明显粗化。当Y含量为2.0%时,力学性能最优,抗拉强度和延伸率为221MPa和8.2%。随着Y含量的进一步增加,抗拉强度略有下降。

镁合金LPSO/SFs结构间{1012}孪晶交汇机制的原子尺度研究

以含长周期堆垛有序(LPSO)结构的Mg-Zn-Y(-Zr)合金为研究对象,运用透射电子显微方法,从原子尺度解析LPSO结构/富含溶质元素堆垛层错(SFs)对{1012}孪晶交汇行为的作用。结果表明:LPSO/SFs与孪晶交截处易形成基面-棱柱面,从而引起孪晶界在LPSO/SFs间弯曲成弓形,孪晶界存在Zn元素偏聚,Y元素偏聚不明显。LPSO/SFs间同轴{1012}孪晶变体交汇,引入基面-基面(BB)界面及柱面-柱面(PP)界面,且在近LPSO/SFs处产生三角形的局部基体结构。LPSO结构形成扭折时,{1012}孪晶在扭折界面单侧形核长大,此处扭折界面转为孪晶界面;残余扭折界面与基体侧孪晶扩展界面相交,在LPSO/SFs近邻处形成三角形的基体结构。LPSO/SFs/TSFs(孪晶层错)间不同孪晶变体形核,以及交汇引入的分割带来的Hall-Petch效应,可提升合金的硬化率。通过调控镁合金LPSO结构的间距和厚度引入不同孪晶变体,可为其优化性能提供新思路。

均匀化退火处理对Mg-10Gd-4Y-1Zn-0.5Zr合金微观组织的影响

均匀化退火处理对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的微观组织具有重要影响,特别是LPSO结构的演变对于稀土镁合金的推广应用具有重要的作用。为研究均匀化退火处理对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金组织演变的影响,采用氩气保护真空电阻炉熔铸Mg-10Gd-4Y-1Zn-0.5Zr(质量分数,%)铸棒,随后进行均匀化退火处理,并采用光学、扫描电子及透射电子显微镜对铸态和均匀化退火态试样进行显微组织分析。结果显示,铸造态试样由少量随机散布的孤岛状Mg5.05(Gd,Y,Zn)微粒相、粗大块状Mg10(Gd,Y)Zn共晶相、少量Mg-RE微粒相及大量粗壮基体α-Mg组成,平均晶粒尺寸为91.2μm;均匀化退火态合金由基体α-Mg和Mg12(Gd,Y)Zn及Mg-RE等第二相组成,平均晶粒尺寸为142.1μm。相较铸态,均匀化退火态晶粒发生显著生长,晶界处粗大的块状Mg5(Gd,Y,Zn)共晶相和18R-LPSO结构转变为晶粒内部细小层片状14H-LPSO结构,基体中的LPSO结构数量增多,形貌由粗大块状演变为密集细小的层片状,且未有高密度位错和第二相,表明均匀化退火过程有效促进了合金的软化,对后续塑性加工的进行有重要作用。

Mg-7Gd-3Y-1Nd-2Zn-0.5Zr合金高温热变形行为研究

通过热模拟,微观组织观察等试验研究了Mg-7Gd-3Y-1Nd-2Zn-0.5Zr合金在高温下的热变形行为。结果发现:在变形过程中,晶界上的块状14H型LPSO结构相会垂直于压缩方向分布;随着变形温度的降低、变形速率的减小和变形量的增加,晶粒内部的针状14H型LPSO结构相不断增多;合金的热变形激活能为290.39 kJ/mol;在变形过程中,晶界上的块状14H型LPSO结构相可以起到诱导动态再结晶的作用。

新型稀土镁合金的研究进展

稀土镁合金因其优异的室温及高温力学性能而具有广阔的发展前景,文中详细介绍了稀土镁合金中稀土元素在铸造性能、微观组织、力学性能和耐蚀性能方面的作用,以及Mg-Y和Mg-Gd两大主要稀土镁合金系的发展现状。重点分析了目前的研究热点之一:长周期有序结构LPSO(Long Period Stacking Ordered Structure),并针对Mg-Y(-RE)-Zn和Mg-Gd(-RE)-Zn两个合金系的研究现状进行了阐述;如何提高稀土镁合金的强度、韧性、高温性能和耐蚀性能等方面的同时,解决高成本制备和环境污染问题,建立健全一个绿色的稀土镁合金产业链仍需科研工作者的进一步努力研究。