热处理方式对Mg-Gd-Y-Zr合金组织和力学性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、电子背散射衍射及拉伸试验机等研究固溶处理和时效处理对铸态和轧制态Mg-10.6Gd-1.69Y-0.42Zr(质量分数,%)合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:经峰时效处理后合金强度均显著提高,但伸长率有所降低;与200℃峰时效态合金相比,220℃峰时效态合金的屈服强度相差不大,但伸长率明显提高。合金在峰时效阶段的主要强化相为柱面β’相,该相能够有效阻碍位错的基面滑移,提高合金强度。轧制后直接时效的合金能够保留轧制产生的位错,而位错能够促进析出相形核,此时,合金具有最高的析出强化效果,屈服强度和抗拉强度分别为380.0 MPa和416.0 MPa。

超声高温熔体处理对Mg-Gd-Y-Zr合金晶粒及力学性能的影响

探究超声处理温度、超声处理时间及超声功率密度对Mg-Gd-Y-Zr合金晶粒和力学性能的影响。结果表明:超声高温熔体处理可有效细化Mg-Gd-Y-Zr合金晶粒,提高其力学性能;在660~750℃范围内,随着处理温度的升高,合金晶粒尺寸逐渐增大;相较于未处理合金,处理温度在750℃时,合金晶粒的细化效果更为显著。当超声功率密度为0~2.31 W/cm^(3)或处理时间为0~90 s时,随着超声功率密度的提高或处理时间的增加,合金晶粒尺寸先减小后增大,转折点分别为1.29 W/cm^(3)和60 s。合金的力学性能与其晶粒尺寸基本对应,合金的晶粒尺寸越小,其抗拉强度和伸长率越高。当处理温度为750℃、超声功率密度为1.29 W/cm^(3)、处理时间为60 s时,与未处理的合金相比,合金晶粒尺寸减小53%,其抗拉强度和伸长率分别提高了31%和79%。

Zn对Mg-Gd-Y-Zr镁合金微观组织和力学性能的影响

Zn元素的添加对Mg-Gd-Y-Zr合金的微观组织和力学性能具有重要影响,特别是LPSO结构的演变对高性能镁合金的产业化应用具有重要的作用。为研究Zn对Mg-Gd-Y-Zr合金微观组织演变和性能影响,对不同Zn元素含量的Mg-10Gd-4Y-0.5Zr-xZn(x=0,1,2,质量分数,%)铸棒进行挤压处理,采用OM、SEM、XRD、和TEM对挤压试样进行了组织观测,并对试样的力学性能进行检测。结果显示,挤压状态Mg-10Gd-4Y-0Zn-0.5Zr由基体α-Mg和少量的Mg-RE微粒相组成。随着元素Zn的添加,试样的相组成变为大量基体α-Mg、晶界流线形LPSO结构、晶粒内部微小层片状LPSO及少量随机分布Mg-RE微粒相。随着元素Zn的不断增加,晶粒尺寸不断细化,细晶强化效果不断增强,使得试样的强度显著提升,而试样伸长率呈现先增强后减弱的趋势。

Mg-Gd-Y-Zr高强耐热镁合金的研究进展

Mg-Gd-Y-Zr合金由于具有优异的室温、高温力学性能及抗蠕变性能而成为镁合金研究的热点。本文作者总结国内外Mg-Gd-Y-Zr合金的研究进展,分析熔体纯净化技术开发现状、热变形行为、强化机制以及断裂机制,讨论Mg-Gd-Y-Zr合金蠕变机理、腐蚀机理及表面处理技术的研究情况,并对Mg-Gd-Y-Zr合金固态回收技术进行介绍,最后,对该合金未来的发展方向进行展望。

Mg-Gd-Y-Zr合金表面含硫硅烷薄膜的结构与耐蚀性能

采用分子自组装的方法在Mg-Gd-Y-Zr合金表面制备双-(γ-三乙氧基硅丙基)四硫化物硅烷薄膜。通过傅立叶变换红外光谱研究薄膜结构特性,用扫描电镜观察薄膜表面形貌,并用电化学极化曲线和交流阻抗测试研究薄膜的耐蚀性能。结果表明,镁合金表面薄膜通过SiOSi链接形成网状结构,并可能通过形成SiOMg界面相结构与镁合金表面连接;晶界上薄膜厚度小于其他各处;薄膜将腐蚀电流密度降低2个数量级以上,明显提高了盐水浸泡过程中的阻抗值。

第二相在Mg-Gd-Y-Zr合金挤压棒超塑性变形中的作用

采用电子显微镜和XRD研究分析Mg-Gd-Y-Zr合金挤压棒材超塑性拉伸前后的微观组织及其超塑性机制。结果表明:在温度为450℃、应变速率为2×10-4s-1的变形条件下获得的挤压棒的最大伸长率为410%,应变速率敏感系数为0.54;合金表观变形激活能远高于镁的晶界扩散激活能或晶格扩散激活能,超塑性变形机制为晶格扩散控制的位错协调晶界滑动机制;微孔洞在基体/方形富稀土相界面处萌生,较软的不规则块状β相承受部分塑性变形,松弛了相界处应力集中。

Mg-Gd-Y-Zr合金热轧板材的粗晶超塑性行为与微结构

对初始晶粒度为66μm的轧制板材在不同温度和不同变形速率下进行超塑性拉伸实验,研究Mg-Gd-Y-Zr合金粗晶热轧板材的超塑性行为与微结构特征。在温度为435℃、应变速率为5×10-4s-1的变形条件下获得的最大伸长率为380%,应变速率敏感系数为0.56。合金的表观变形激活能高于镁的晶界扩散激活能或晶格扩散激活能;合金的超塑性变形机制为晶格扩散控制的位错协调晶界滑动机制。微结构分析结果表明:第二相钉轧晶界,较软的不规则块状的β相承受了部分塑性变形。

等径角挤压处理后的Mg-Gd-Y-Zr合金的微观组织和力学性能(英文)

研究等径角挤压过程中材料的微观组织和织构演变以及对其力学性能的影响。结果表明:挤压4道次后的微观组织是不均匀的,即在此过程中形成了粗晶区和细晶区2个区域。颗粒诱发的再结晶机制导致晶粒细化,在4道次后形成了更加随机的织构。与挤压前的原始材料相比较,经等径角挤压处理的材料虽然强度没有增加,但是塑性有了显著的提高。用织构改变和第二相颗粒解释了合金塑性的变化。

Mg-Gd-Y-Zr合金热压缩变形组织及塑性失稳判据

采用Geeble-1500热模拟实验机对Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金进行热压缩实验,设定变形温度为623-773 K、变形速率为0.001-1 s^-1、最大真应变为0.6,利用指数函数关系计算合金的表观激活能,并建立合金的表观激活能图。根据动态材料模型（DMM）计算该合金的加工图,综合分析合金的表观激活能图、加工图以及m、m、S和S这4个判据得到：在723 K、0.01 s^-1以及773 K、0.1 s^-1的条件下,该合金能够获得稳定的塑性变形,并确定为该合金的最佳变形工艺。结合表观激活能图、加工图以及m、m、S和S这4个判据,能够更加准确地判断合金塑性失稳的工艺范围。

金属型铸造和消失模铸造Mg-Gd-Y-Zr合金的组织结构和力学性能(英文)

研究金属型铸造和消失模铸造Mg-10.1Gd-3.74Y-0.25Zr(质量分数,%)合金的组织结构和力学性能。结果表明:采用两种铸造工艺得到的合金具有相似的铸态组织,均由α-Mg固溶体相、α-Mg+Mg24(Gd,Y)5共晶相和立方状Mg5(Gd,Y)相组成;但金属型铸造合金的晶粒尺寸明显小于消失模铸造合金。经525°C,6h固溶处理后,合金中的共晶相完全溶入基体中,而立方状 Mg5(Gd,Y)相仍然存在。固溶处理后的合金在225 °C时效处理 4h后达到硬化峰值。经过时效处理后,消失模铸造合金和金属型铸造合金的室温抗拉强度分别提高到285MPa和325MPa,但两者的屈服强度相差不大。与金属型铸造相比,消失模铸造过程中合金的冷却速度相对较慢,而且消失模铸造Mg-Gd-Y-Zr合金铸件更容易产生缩松等铸造缺陷,这是造成两种合金强度差异的主要原因。

净化处理对Mg-Gd-Y-Zr镁合金耐蚀性的影响(英文)

在真空和非真空条件下对Mg-Gd-Y-Zr镁合金进行过滤净化处理。利用OM和SEM方法分析合金中夹杂物的种类、形貌、尺寸分布和体积分数;利用盐雾实验和电化学测试研究Mg-Gd-Y-Zr镁合金中夹杂物对合金耐蚀性的影响。结果表明:过滤净化处理可以有效地去除合金中的夹杂物;通过净化处理,合金中的夹杂物平均尺寸从12.7μm减小到2.0μm,夹杂物的平均体积分数从0.30%降低到0.04%;随着合金中夹杂物尺寸的减小,盐雾腐蚀实验中合金的腐蚀速率从38.8g/(m2·d)减少到2.4g/(m2·d);在电化学实验中,腐蚀电流密度减小,极化电阻升高,Mg-Gd-Y-Zr镁合金的耐蚀性得到了提高。

塑性变形对Mg-Gd-Y-Zr合金析出行为及拉伸断裂行为的影响(英文)

研究塑性变形对Mg-10Gd-3Y-0.6Zr合金析出行为及拉伸断裂行为的影响。结果表明:塑性变形引发的晶体缺陷为时效析出提供了更多的形核核心,不仅使β′相的数量增加,还促进晶界、孪晶与基体界面处析出相的生成。析出相数量的增多可有效阻碍拉伸变形过程中的位错滑移从而强化合金基体,2%变形合金可实现强度与塑性的良好配合。塑性变形量增大,微裂纹在晶界析出相与基体界面处产生并沿晶界扩展,再加之断口表面平滑刻面的形成导致合金的拉伸性能降低。

Mg-Gd-Y-Zr合金热变形本构方程

采用Geeble-1500热模拟实验机测试了高强耐热Mg-6Gd-3Y-0．5Zr合金在变形温度为300-500℃、应变速率为10-3～1s-1下的流变力行为，采用扫描电子显微镜对其微观组织进行观察，分析了幂函数（PI）、指数函数（EI）和双曲正弦函数（SI）半经验本构方程对该合金变形行为拟合的适用性。结果表明：EI拟合实验结果精度大于PI和sI的，即使对sI函数中材料常数d进行一定优化处理得到SIO函数的拟合精度，也与EI函数十分接近。合金中高温耐热相提高合金高温下的强度是EI拟合优于PI和SI的原因。

时效态Mg-Gd-Y-Zr镁合金压缩性能和组织演变

采用Gleeble-3500热模拟机对时效态Mg-10Gd-3Y-0.5Zr(GW103)和Mg-12Gd-3Y-0.5Zr(GW123)稀土镁合金在变形温度为25～350℃、应变速率为0.01s-1、最大变形程度为1的条件下进行压缩模拟试验,利用金相显微镜和扫描电镜观察组织变化。结果表明:GW103和GW123合金的室温抗压强度分别为419MPa和460MPa;150～200℃时GW123合金的抗压强度大于GW103合金;当温度高于250℃时,两种合金的抗压强度相近。分析表明250℃以下压缩时,孪生变形是影响压缩力学性能的主要因素;300～350℃压缩时,晶界和变形带处发生动态再结晶是影响压缩力学性能的主要因素。

热处理对Mg-Gd-Y-Zr合金组织和力学性能的影响

采用拉伸、硬度、显微组织观察等方法,研究了不同热处理条件对Mg-Gd-Y-Zr合金组织和力学性能的影响。结果表明,铸态Mg-Gd-Y-Zr合金经固溶处理后其塑性提高,δ5提高40%;挤压可以明显改善合金的强度和塑性,相比铸态,σb提高25%,σ0.2提高30%,δ5达到14.9%;时效可使挤压态合金的强度得到进一步提高,峰时效时,σb达到420MPa,σ0.2达到310MPa,但塑性有所降低,δ5降低至7.5%。

预变形对Mg-Gd-Y-Zr合金力学性能的影响

通过拉伸测试、显微硬度测试、扫描电镜分析等手段,研究了预变形对Mg-Gd-Y-Zr合金力学性能的影响。结果表明：时效前的预变形提高了合金峰值硬度,加速了Mg-Gd-Y-Zr合金在220℃下的时效过程,合金峰值时效时间提前2-3 h;另外预变形可以提高合金的强度,同时也降低了合金的塑性;综合考虑合金的强度和塑性,Mg-Gd-Y-Zr合金时效前的预变形以8%为宜。

两种Mg-Gd-Y-Zr镁合金的热物理性能

对Mg-10Gd-3Y-0.5Zr(GW103)和Mg-12Gd-3Y-0.5Zr(GW123)两种高强耐热镁合金不同温度下的比热容、热导率、热扩散系数和线膨胀系数进行了测定。测试结果显示,在相同温度下GW103合金比GW123合金的比热容大;在200℃以下时GW103合金比GW123合金的热导率大,在200℃以上时GW123合金比GW103合金的热导率大;在温度增加的过程中GW103合金始终比GW123合金的热扩散系数大;在相同的温度下GW103合金比GW123合金的线膨胀系数小。分析表明,合金成分和相的高温转变对两种合金的热物理性能有很大的影响。

镁稀土合金Mg-Gd-Y-Zr及Mg-Nd-Zn-Zr的强流脉冲电子束表面改性研究

采用强流脉冲电子束技术对Mg-Gd-Y-Zr和Mg-Nd-Zn-Zr两种镁稀土合金进行表面改性处理,并研究了处理后镁合金表层的相组成、形貌和性能变化。结果表明:Mg-Gd-Y-Zr合金经脉冲电子束处理后表层的Mg5Gd转变为Mg3Gd,而Mg-Nd-Zn-Zr合金表层的Mg12Nd相消失形成过饱和固溶体。两种稀土镁合金经脉冲电子束处理后均发生熔化和部分汽化,在快速凝固后表面形成波状形貌,且表面生成大量孪晶。脉冲电子束处理使得两种镁合金表面硬度显著提高。在模拟体液中的腐蚀测试结果显示,上述合金经强流脉冲电子束表面处理后自腐蚀电位均提高,但腐蚀电流密度有所增加。脉冲电子束处理后镁稀土合金表面组织成分均匀化、晶粒细化,稀土元素在镁中的固溶以及缺陷的生成导致表层硬度的提高和耐腐蚀性的改变。

粗晶Mg-Gd-Y-Zr热轧板材高速超塑性变形中的微观结构与织构演变(英文)

研究Mg-Gd-Y-Zr热轧板高速超塑性变形过程中的微观结构与织构演变。在应变速率0.01s-1、变形温度400-500℃的条件下,高温拉伸获得伸长率为180%-266%。变形后的微观结构采用光学显微镜、扫描电子显微镜及透射电子显微镜进行表征;变形后的晶体取向信息采用宏观织构测试分析获得。研究结果表明:高速超塑性是通过动态再结晶协调下的第一类位错蠕变来实现的。合金变形前在435℃预热600s后,观察到了孪晶诱发的再结晶现象;当变形量为80%时,初始的晶粒细化导致均匀的动态再结晶组织。动态再结晶与动态析出的交互作用使得较细的晶粒与较高密度的第二相粒子相伴存在;尽管发生动态再结晶,宏观织构的演变依然表现出基面滑移与柱面滑移导致的晶体转动特征。

下压量与静态退火对Mg-Gd-Y-Zr热轧板材的织构影响（英文）

研究了Mg-9Gd-4Y-0.4Zr高强耐热镁合金在热轧及随后静态退火过程中的微结构与织构的演变,以此来确定静态再结晶对轧制织构的影响及其机制。采用金相显微术、扫描电子显微术、透射电子显微术及EBSD分析技术表征了试样在不同下压量和随后退火过程中的微结构及织构改变。织构测试的结果表明,单向热轧变形产生了六方晶格c轴偏离理想基面织构15°的新织构组分;随后的再结晶过程导致新织构组分趋于漫散化并加强了基面织构。显示晶内和晶界上大量析出的沉淀相显著抑制了晶界迁移;静态再结晶对织构的影响是由定向形核控制的,而不是定向长大。