Electrochemical and corrosion behaviors of the wrought Mg–Y–Zn based alloys with high Y/Zn mole ratios

The electrochemical behaviors and corrosion resistance of the wrought Mg–Y–Zn based alloys with high Y/Zn mole ratio have been investigated in details.The results show that the corrosion resistance of the investigated Mg–Y–Zn based alloys are dependent on the modified arrangement of LPSO phase by adjusting Y/Zn mole ratios.Increasing the Y/Zn mole ratio not only greatly decreases the size of LPSO phase plates,but also leads to the precipitation of Mg_(24)Y_(5) phase.The corrosion rate of Mg–Y–Zn based alloys greatly increases from 7.4 mg·cm^(−2)·day^(−1) to 11.3 mg·cm^(−2)·day^(−1) with increasing the Y/Zn mole ratio up to 3.It should be attributed to the decreasing size of LPSO phase plates as cathodes,further increasing the hydrogen evolution kinetics.The related corrosion mechanism is discussed in details.

不同预时效挤压态Mg−Gd−Y−Zn−Zr合金的再结晶行为和强化机制

通过控制预时效时间制备3种不同状态的试样,研究不同预时效状态对挤压态Mg−9.5Gd−4Y−2.2Zn−0.5Zr(质量分数,%)合金的动态再结晶行为(DRX)和性能的影响。结果表明,欠时效挤压(UAE)样品的细晶体积分数为17.4%,而峰时效挤压(PAE)和过时效挤压(OAE)样品的细晶体积分数分别达到89.7%和50.4%。在晶粒内部和晶界处分布的致密、细小的β颗粒相通过粒子激发形核机制显著提高了形核位点和位错密度。然而,致密针状γ'相抑制位错滑移,延迟DRX形核。PEA和OAE样品中细小晶粒的差异归因于原始颗粒相的数量和尺寸的不同,而其拉伸性能的差异归因于不同的显微组织。由于晶界强化和析出强化机制的贡献更大,PAE样品具有更优异的拉伸性能。

Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金碎屑固相再生工艺研究

通过热压烧结以及挤剪复合成形工艺对Mg-7Gd-4Y-2Zn-0.4Zr合金碎屑进行固相再生。在碎屑中添加体积分数5%、7%和9%的SiC颗粒,研究了SiC颗粒含量对固相再生坯料微观组织和力学性能的影响。结果表明,热压烧结后坯料中的界面明显,O元素在烧结界面富集。此外,微观组织中存在大块SiC颗粒,不同试样的塑性均较差。相比于其它试样,SiC体积分数7%的热烧结试样的综合性能最优,其抗拉强度为232 MPa,伸长率为1.76%。挤剪复合成形后,微观组织中的烧结界面消失,平均晶粒尺寸细化至10μm。此外,原本团聚分布的SiC颗粒均匀、弥散地分布在合金内部。SiC体积分数5%的固相再生坯料具有较优的综合力学性能,其抗拉强度为269 MPa,伸长率为12.2%,相比于固溶态合金分别提升了24.5%和62.7%。

含不同初始织构的Mg−Gd−Y−Zn−Zr合金热轧板材的显微组织和力学性能

通过光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射、透射电子显微镜和拉伸试验研究含不同初始织构的Mg−4.7Gd−3.4Y−1.2Zn−0.5Zr(质量分数,%)合金热轧板材的显微组织和力学性能。结果表明,初始织构为0001//RD(板材轧向)的板材获得相对较粗的晶粒和双峰基面织构;而初始织构为0001//TD(板材横向)的板材动态再结晶程度更高,因此,获得更细的晶粒尺寸和较强的0001//ND基面织构。此外,在两种板材中均发现沿RD拉长的不规则形状LPSO相,这种LPSO相导致各向异性的承载强化行为,并进一步引起板材的屈服各向异性。对强化机理的分析表明,晶界强化对轧制板材的强化效果最好。由于具有较小的晶粒尺寸和LPSO相带来的承载强化效果,初始织构为0001//TD的板材在RD方向上获得最高的屈服强度。

LPSO相调控对ECAP挤压Mg-Y-Zn-Al合金组织和力学性能的影响

针对含18R-LPSO相铸态Mg-Y-Zn系合金塑韧性差、变形后力学性能提高有限的问题,研究了固溶、铸态+ECAP挤压和固溶+ECAP对Mg-3.74Y-1Zn-0.5Al(at%)合金力学性能的影响。结果表明,固溶处理诱发18R→14H-LPSO相转变、Al(Y,Zn)相化合物颗粒破碎细化,改善了合金的塑性,但强度几乎不变。铸态+ECAP挤压导致18R-LPSO和Al(Y,Zn)相破碎,并诱发大量α-Mg晶粒发生再结晶。固溶+ECAP挤压使14H-LPSO相弯曲或扭折变形、细小Al(Y,Zn)颗粒均匀分散,仅少数α-Mg晶粒发生再结晶,其强度、塑韧性远高于铸态+ECAP挤压合金的。良好强度、塑韧性匹配的14H-LPSO相的大量形成、α-Mg基体再结晶被抑制及细小Al(Y,Zn)颗粒的均匀分散是其性能提高的主要原因。

准晶增强Mg-Zn-Y合金显微组织及凝固过程研究

采用SEM、XRD、DSC和Factsage 8.0热力学计算软件研究了Mg-9.02Zn-1.68Y合金的显微组织和凝固过程。研究表明,Mg-9.02Zn-1.68Y合金室温组织主要由α-Mg、准晶I-Mg3Zn6Y和Mg_(7)Zn_(3)相组成,其凝固过程为先结晶出枝晶α-Mg,之后发生二元共晶转变形成(α-Mg+I-Mg_(3)Zn_(6)Y)共晶组织,最后随着温度降低形成少量(α-Mg+Mg_(7)Zn_(3))共晶组织。由于试验合金中存在含量较高的准晶I-Mg3Zn6Y相,其硬度达HV70,从而为后续再加工或时效热处理打下良好的性能基础。

Mg-Zn-Y系镁合金的研究现状与展望

镁合金作为“21世纪的绿色工程材料”,在航空航天、汽车、电子等领域具有广阔的应用前景。在诸多镁合金中,Mg-Zn-Y合金由于其独特的组织结构和优异的力学性能而成为研究热点。综述了近年来Mg-Zn-Y合金的研究现状。介绍了Mg-Zn-Y合金的物相与显微组织,主要对其存在的三种平衡相进行了简介,即准晶I相(Mg_(3)YZn_(6))、W相(Mg_(3)Y_(2)Zn_(3))和LPSO-Z相(Mg_(12)YZn);重点综述了主要合金元素(Zn、Y、Zr、Nd、Mn、Ca等)、变形加工处理对其微观组织及强韧化行为的作用规律,并总结了相应的铸态及变形态合金的力学性能。基于已有的研究基础展望了合金的未来发展方向。

Mg-Gd-Y-Zn-Zr系高强稀土镁合金研究现状及发展趋势

由于镁合金室温下塑性差,高温下强度较低,限制了它在诸多领域的应用发展。近年来国内外学者陆续开发出了含长周期堆垛有序结构相的Mg-Gd-Y-Zn-Zr系高强稀土镁合金,并对该合金系制备加工时组织性能的变化及机理进行深入研究。文章综述了近年来Mg-Gd-Y-Zn-Zr系高强稀土镁合金的研究现状及进展,分析了合金成分、常规塑性加工技术及热处理等对合金组织性能的影响,并展望该合金的研究方向。

铸态Mg-Zn-Y-Zr合金的耐蚀性研究

通过失重法、析氢法、电化学、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)等试验方法,研究了Zn元素对铸态Mg-xZn-0.5Y-0.5Zr(x=0.83%、1.56%和2.80%,质量分数)合金在模拟体液中耐蚀性的影响。研究结果表明:随着Zn含量的增加,3种合金中的W相(Mg3Zn3Y2)含量也增加;Zn元素含量为1.56%和2.80%的合金,沿晶界开始出现了I相(Mg2Zn6Y)。电化学结果表明Zn的添加使得合金的腐蚀电流密度从1.100 mA/cm^(2)降低到0.423 mA/cm^(2)。合金内部的电荷转移电阻从59.95Ω提高到165.35Ω,腐蚀速率降低到9.11 mm/a,此时抗腐蚀产物膜破裂的性能最好。此外,通过研究发现合金的腐蚀产物为MgO、少量ZnO和磷灰石。

高强易溶时效态Mg-10Gd-4Y-1Zn-0.2Zr-1Cu组织与性能

为满足井下压裂工具对高强易溶镁合金材料应用需求,在高强Mg-10Gd-4Y-1Zn-0.2Zr合金基础上,添加1%Cu(质量分数,下同),通过纯净化冶炼、挤压变形和热处理等工艺制备出Mg-10Gd-4Y-1Zn-0.2Zr-1Cu(质量分数,下同)合金。并对时效态Mg-10Gd-4Y-1Zn-0.2Zr-1Cu的密度、显微组织、室温/高温拉伸性能、室温压缩性能及腐蚀性能进行研究。结果表明:时效态Mg-10Gd-4Y-1Zn-0.2Zr-1Cu的密度为1.99 g/cm^(3);显微组织为等轴晶,存在大、小晶粒区域,晶粒度评级分别为10、12级;少量Gd、Y固溶于合金基体中,部分Gd、Y以第二相形式存在,Cu主要存在于第二相中;室温抗拉强度为453 MPa,屈服强度为357 MPa,断后伸长率为4.2%;120℃抗拉强度为438 MPa,屈服强度为351 MPa、断后伸长率为6.7%;室温抗压强度为577 MPa;在80℃的质量分数为5%的NaCl溶液中,φ10 mm×10 mm的试样17 h降解完毕,φ50mm压裂球样件84 h降解完毕。研究结果为400 MPa级高强易溶压裂工具研发奠定基础。

18R-LPSO相的体积分数对Mg-Zn-Y合金腐蚀行为与机理的影响

通过实验设计阐明LPSO相对镁合金腐蚀行为的影响。按照形成18R-LPSO相的最小结构单元,即Zn/Y=3/4(摩尔比),设计4种不同LPSO相体积分数的Mg-Zn-Y合金,对比研究4种合金的显微组织和腐蚀行为。结果表明,合金主要含有α-Mg和18R-LPSO相,18R-LPSO相的体积分数随着Zn和Y含量的增加而增加。4种合金中18R-LPSO相的体积分数依次为16.55%、34.45%、54.24%和70.36%,18R-LPSO相的空间分布也由离散块状变为连续网络状。当LPSO相的体积分数在50%左右时,合金的耐蚀性最好,体积分数大于或小于50%都会导致合金耐蚀性能降低。

基于卷积神经网络的Mg-9Gd-Y-Zn-Zr镁合金力学性能预测

对不同工艺的变形稀土镁合金样品进行了系列拉伸试验,借助卷积神经网络构建模型训练,提出Mg-9GdY-Zn-Zr合金力学性能的预测模型。结果表明,测试集抗拉强度、屈服强度的相对平均误差分别为3.25%和4.77%。随机取3个Mg-9Gd-Y-Zn-Zr合金试样再次验证该模型预测力学性能,误差均小于5%,表明该卷积神经网络模型能够以较高的精度预测力学性能。细晶强化对3个试样强化的贡献分别为68.8、88.4、98.1MPa,位错强化的贡献分别为17.62、22.36、22.06MPa。

水下搅拌摩擦加工对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金微观组织和力学性能的影响

在空气及水介质中对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金进行搅拌摩擦加工(FSP),分析了加工区的组织形貌特征,并研究了加工过程中不同冷却介质对加工区组织性能的影响。结果表明,空气中和水下FSP试样的平均晶粒尺寸分别为4和2μm。在空气中及水下FSP过程中,试样的大角度晶界比例提高,织构显著弱化。温度曲线表明:空气中FSP试样的持续热输入时间和冷却速率分别为49 s和8.5℃·s^(-1),水下FSP试样为23 s和30.7℃·s^(-1)。由于水下FSP试样热输入的减少对再结晶过程的影响,其试样组织中的亚结构比例高于空气中FSP试样。同时,水下FSP试样保留了更多均匀分布的LPSO相。空气中FSP试样的屈服强度和抗拉强度分别为213和315 MPa,水下FSP试样分别为334和393 MPa。此外,所有FSP试样无力学性能各向异性。

轧制Mg-Y-Zn-Al镁合金的微观组织及力学性能

研究了热轧变形及固溶、时效处理对含LPSO相Mg-12.20Y-2.45Zn-0.5Al(wt%)镁合金的微观组织和力学性能的影响。结果表明,铸态合金经500℃×25 h固溶处理、400℃×0.5h预热处理后,可成功实现对含LPSO镁合金大压下量的两道次轧制变形。轧制使晶界处的18R-LPSO相发生破碎和均匀分散,晶内的14H相发生扭折弯曲,同时W相分解、Al_(2)(Y,Zn)相破碎细化,大幅提高合金的力学性能。轧制后200℃×24 h时效处理进一步促进大量细小弥散的14H相的形成和应力释放,合金的力学性能显著提升,抗拉强度和伸长率分别达到357.2 MPa、6.8%,比铸态合金分别提升了97.6%、51.1%。

变形态Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金热处理微观组织演变规律与硬度研究

热处理是提升变形稀土镁合金综合力学性能的常用方法,探明合理的工艺参数,掌握合金组织与性能演变规律是需要解决的关键问题。研究了固溶与时效处理对变形态Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金微观组织与硬度的影响,实验结果表明:原始变形态合金主要由α-Mg基体、破碎的块状14H-LPSO相与β-Mg 5(Gd,Y,Zn)组成;经过固溶处理后,合金组织中块状LPSO相溶于基体,体积分数减小,并析出片层状LPSO相,最佳固溶处理制度为520℃×16 h,合金硬度为94.50 HV;200℃下的合金峰时效保温时间为32 h,硬度为120.35 HV,欠时效析出相为β″相,峰时效析出相为β′相,过时效析出相为稳定的β-Mg 5(Gd,Y,Zn)相。

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。

热处理对Mg-Zn-Zr-Y合金组织及性能的影响

为解决因残余应力、组织不均匀性、成分偏析所造成的铸态Mg-3Zn-0.8Zr-1Y(mass%)合金性能不佳的问题,对其进行了固溶和时效处理,研究了热处理工艺对其显微组织、力学性能及耐腐蚀性能的影响。结果表明:Mg-3Zn-0.8Zr-1Y合金的最优热处理工艺是480℃均匀化退火12 h后520℃固溶处理12 h,最后在170℃时效24 h。均匀化退火处理缓解了铸态合金中的偏析现象,固溶处理使铸态合金中的W(Mg_(3)Y_(2)Zn_(3))相基本融入α-Mg基体中形成过饱和固溶体,时效后组织中析出细小且弥散分布的纳米级短杆状Mg_(2)Zn_(3)和颗粒状Mg4Zn7第二相。与铸态合金相比,经最优工艺处理后合金的硬度、极限抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提升到83.4 HV、204 MPa、139 MPa和12.5%,自腐蚀电位提高到-1.793 V(vs.SCE)、腐蚀电流密度降低到59.64μA/cm^(2),腐蚀速率降低到1.36 mm/y,表明这种多步热处理工艺可以使Mg-3Zn-0.8Zr-1Y合金的强度、塑性和耐蚀性显著提高。

Zn含量对Mg-10Gd-6Y-xZn-0．6Zr合金显微组织、力学和阻尼性能的影响

采用扫描电子显微镜、能谱分析仪、X射线衍射仪和动态机械热分析仪等研究Zn含量对Mg-10Gd-6Y-xZn-0.6Zr(x=0.6,1.6,2.6,3.6,质量分数,%)合金显微组织、力学和阻尼性能的影响。结果表明:铸态下,Mg-10Gd-6Y-0.6Zn-0.6Zr合金中第二相主要为Mg5(Gd,Y,Zn),在Mg基体中,由晶界处向晶内平行生长出大量层状相;随Zn含量的增加,Mg5(Gd,Y,Zn)相减少,Mg12Zn(Y,Gd)相增多;当Zn含量达到3.6%时,第二相主要以Mg12Zn(Y,Gd)相存在,Mg基体中的层状相几乎消失。对于挤压态的Mg-10Gd-6Y-1.6Zn-0.6Zr合金,其基体中呈现大量扭曲的层状相,合金抗拉强度达到400 MPa,随着Zn含量的增加,合金强度呈下降趋势,但塑性得到改善。铸态合金的阻尼性能随Zn含量的增加先下降后上升,采用Granato-Lücke(G-L)理论和G-L图对合金阻尼性能进行了分析和讨论。

Mg-Y-Zn-Zr合金的显微组织和力学性能

对Mg-9Y-3Zn-0.5Zr和Mg-3Y-3Zn-0.5Zr2种含Y镁合金的铸态,均匀化退火态和挤压态的显微组织及常温和高温力学性能进行研究,探讨稀土元素Y对这2种合金组织及力学性能的影响。研究结果表明:Y元素含量高的1号合金相对于2号合金的晶粒组织明显细小,并且抗拉强度也有所增加,但提高幅度有限;在高温下,镁合金的塑性较优,发生韧性断裂;钇合金于390℃热挤压后其显微组织中发生了再结晶,且含Y量较高的1号合金的再结晶晶粒较小,说明钇对再结晶有阻碍作用。

轧制工艺对Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金中LPSO相及其组织性能的影响

研究"轧制+固溶+轧制"工艺和"固溶+轧制"工艺对Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金中LPSO相及其组织性能的影响。结果表明:经"轧制+固溶+轧制"工艺处理后,合金中块状LPSO相较小,且分布弥散,合金的组织由细小的再结晶晶粒组成,最终合金获得较好的综合力学性能,抗拉强度(UTS)达到347 MPa,伸长率(EL)为11.6%;经"固溶+轧制"工艺处理后,合金中块状LPSO相较粗大,分布不均匀,由于固溶退火后析出的层状LPSO相阻碍合金的再结晶,轧制后合金中仍存在变形组织,最终合金具有相对较高的抗拉强度(UTS为358 MPa),但是伸长率较低(EL为6.6%);对比而言,"轧制+固溶+轧制"工艺易进行更大压下量轧制,进而获得更高综合力学性能。