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。

铸态Mg-9Gd-1.5Zn-xAl合金的显微组织和力学性能

采用铸造法制备了Mg-9Gd-1.5Zn-xAl(x=0、0.3、0.8和1.3 mass%)合金,通过X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜等研究了不同Al含量对Mg-9Gd-1.5Zn合金物相和显微组织的影响,并采用电子拉伸试验机测试了室温下4种合金的力学性能。结果表明:铸态Mg-9Gd-1.5Zn合金的组织由α-Mg基体和沿晶界分布的Mg_(5)Gd和(Mg,Zn)_(3)Gd相组成,加入Al元素后,合金组织中Mg_(5)Gd相逐渐减少,并产生了新相Al_(2)Gd、Al_(11)Gd_(3)和LPSO(Mg_(12)Gd(Al,Zn))。Al元素促进了有效异质形颗粒(Al_(2)Gd)的产生,抑制了晶粒长大,合金的组织明显细化,起到了细晶强化的效果。当Al添加量为0.8%时,合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为192.2 MPa、154.8 MPa和16.6%,与不含Al的Mg-9Gd-1.5Zn合金相比,分别提升了47.1%、64.8%和121.3%。

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。

锌镁比对Al-Zn-Mg-Cu-Er-Sc-Zr合金显微组织与耐腐蚀性能影响的研究

通过调整Al-Zn-Mg-Cu-Er-Sc-Zr合金中的Mg元素含量,研究了Zn/Mg比的变化对合金相演变以及腐蚀性能的影响规律。结果表明:Al_(8)Cu_(4)Er相、Al_(3)(Er,Sc)相与含Fe相存在明显的伴生关系,二者依附于含Fe相生长。Zn/Mg比的变化可显著改变三者间的交互形式,高的Zn/Mg比例有利于稀土相独立生长,且在比值为4.18的条件下,Al_(8)Cu_(4)Er相与含Fe相均得到了显著细化。细化的晶界第二相使腐蚀坑深度仅为82μm,而连续的伴生混合相、粗大稀土相等均会不同程度降低合金的耐蚀性能。

Sc含量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响

本文研究了Sc添加量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响。结果表明,微量Sc与Zr协同可形成Al_(3)(Sc,Zr)第二相,在铸造过程中具有促进非均质形核、细化铸态晶粒的作用,并对合金共晶组织有明显的变质作用。但铸态合金中部分可达微米级初生Al_(3)(Sc,Zr)第二相对合金的加工性能和力学性能易产生不良影响。

含准晶相的Mg-Zn-Gd-Er-Zr合金的组织和拉伸性能

采用重力铸造方法制备了3种Mg-6Zn-(1.6-x)Gd-xEr-0.5Zr(x=0.4,0.8和1.2)合金,研究了3种铸态合金的显微组织和拉伸性能。结果表明:3种合金的组织均主要由α-Mg基体和准晶相组成。随着Er含量的增加,合金中初生α-Mg晶粒逐渐细化,其形貌由等轴枝晶状转变为蔷薇状,同时呈不连续网状分布在晶界处的第二相也有逐渐断开的趋势。随着Er含量的增加,合金的拉伸性能逐渐提高。当Er含量为1.2 mass%时,Mg-6Zn-0.4Gd-1.2Er-0.5Zr合金的极限抗拉强度和伸长率分别为209 MPa和10.4%,相较于Mg-6Zn-1.2Gd-0.4Er-0.5Zr合金提升了27.4%和33.3%。

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。

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。

锌含量对Mg-Gd-Zn合金铸态组织和力学性能的影响

采用光学显微镜、X射线衍射、压缩及硬度试验,研究了不同Zn含量对Mg98-xGd2Znx(x=0,0.5,1.0,1.5)合金铸态组织和力学性能的影响。结果表明,当x=0时,Mg98Gd2合金由α-Mg和Mg3Gd相组成;当x=0.5时,Mg97.5Gd2Zn0.5合金由α-Mg和(Mg,Zn)3Gd相组成;当x=1.0和1.5时,合金的组织除了有α-Mg和(Mg,Zn)3Gd相,还出现X相。随着Zn含量的增加,合金的强度和硬度基本都呈先升高后降低的趋势;当Zn含量为1.0%时,合金的抗压强度及屈服强度达到最大值,分别为281.3 MPa和127 MPa,硬度为76.6 HV。

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。

稀土Gd对Mg-Nd-Zn-Zr镁合金组织和性能的影响

以Mg-Nd-Zn-Zr合金为基础,通过调整Nd和Zn的含量进行合金成分优化设计,并在新选择的较优成分点通过加入合金化稀土元素Gd,研究了Gd对Mg-Nd-Zn-Zr镁合金铸造组织和力学性能,尤其对高温力学性能的影响。研究发现,Mg-Nd-Zn-Zr镁合金铸态组织由α-Mg基体和Mg12Nd化合物组成。加入合金化稀土元素Gd后,NG31试验镁合金中没有形成三元相,但铸态组织中枝晶间分布的Mg12Nd化合物变得更加细小均匀。经过固溶处理后,Mg-Nd-Zn-Zr试验镁合金铸态组织中枝晶间以及晶界上的化合物完全溶入基体,而NG31试验镁合金在晶界上还有一些颗粒状的化合物。在时效处理时该化合物会以细小弥散的化合物从α-Mg基体中析出。无论Mg-Nd-Zn-Zr镁合金还是NG31试验镁合金,T6态热处理后都具有优良的室温力学性能,抗拉强度分别达到275MPa和280MPa,屈服强度也分别保持在158MPa和165MPa。随着Nd含量的增加和Zn含量的降低,Mg-Nd-Zn-Zr镁合金的抗拉强度和屈服强度升高,延伸率也随之增加。随着Gd的加入,抗拉强度和屈服强度升高,而延伸率却有所下降。同时,在所有的测试温区内NG31的高温瞬时抗拉强度和屈服强度都高于Mg-Nd-Zn-Zr试验镁合金。NG31试验合金在250℃的抗拉强度仍然保持在215MPa,屈服强度仍能够达到155MPa,甚至还高于200℃时的屈服强度(141MPa)。

稀土元素Gd对Mg-Zn-Zr镁合金组织和性能的影响

通过砂型铸造制备Mg-5Zn-0.6Zr和Mg-5Zn-3Gd-0.6Zr合金,并通过XRD、OM、SEM和EDS以及拉伸试验研究合金化稀土元素Gd对Mg-5Zn-0.6Zr合金铸造组织和力学性能的影响。结果表明:合金Mg-5Zn-0.6Zr铸态组织由α-Mg和MgZn2等合金相组成。经固溶处理后,共晶组织全部溶入基体,晶界消失;添加合金化元素Gd后,试验合金Mg-5Zn-3Gd-0.6Zr的晶粒显著细化,晶界处析出Mg-Zn-Gd三元相,在晶界析出相的周围均有大量弥散的颗粒状析出物,经固溶处理后,晶界处仍有未溶的化合物存在,但连续网状的Mg-Zn-Gd三元相分解为孤立的颗粒状或者长条状;在铸态下,合金Mg-5Zn-0.6Zr的力学性能优于Mg-5Zn-3Gd-0.6Zr。但经T4和T6态热处理后,合金Mg-5Zn-3Gd-0.6Zr的屈服强度和延伸率优于Mg-5Zn-0.6Zr。随着温度的升高,合金Mg-5Zn-0.6Zr的抗拉伸强度显著下降,而Mg-5Zn-3Gd-0.6Zr的力学性能在高温区均优于Mg-5Zn-0.6Zr。

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。

合金元素对Mg-Zn-Gd合金组织和力学性能的影响

采用金相显微分析、X射线衍射、扫描电子显微镜和室温拉伸试验,研究了合金元素Zn、Gd对Mg-Zn-Gd合金铸态组织和力学性能的影响。结果表明,当Zn含量不变时,随着Gd含量的增加,合金中的第二相依次从准晶相(I相)+Mg7Zn3相、I相到I相+W相转变,二次枝晶臂间距明显减小,晶粒细化,晶间组织也由颗粒状、细线状向封闭的网状转变;当保持x(Zn)/x(Gd)=5.8不变时,合金第二相的组成不变,枝晶相分布更加细密,第二相也随之增多。拉伸测试表明,当Zn含量不变时,随着Gd含量的增加,合金的抗拉强度和伸长率均增加,但屈服强度先升高后降低;同比例增加Zn、Gd的含量,合金的强度升高,伸长率降低。

Mg-Gd-Er-Zn稀土变形镁合金的微观组织与力学性能

为研究Mg-Gd-Er-Zn稀土变形镁合金微观组织与力学性能,通过金属模铸造、固溶处理、热挤压和时效处理工艺过程,制备了Mg-Gd-Er-Zn稀土变形镁合金,并利用金相显微镜(optical microscopy,OM)、X射线衍射仪(Xray diffraction,XRD)、扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)及透射电镜(transmission electron microscopy,TEM)等手段进行表征.结果表明:Mg-Gd-Er-Zn合金的铸态组织主要由α-Mg基体和沿晶界分布的(Mg,Zn)3Gd第2相组成,固溶后生成层片状的长周期堆垛有序(long period stacking ordered,LPSO)结构;经过热挤压变形,合金的晶粒得到显著细化;时效处理过程中,合金中析出纳米级尺寸的β'相.最终时效态合金的室温抗拉强度、屈服强度和伸长率可分别达397.5 MPa、359.0 MPa和6.0%.

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。

Mg-Gd-Zn(-Zr)合金中长周期堆垛有序结构的研究现状及发展趋势

介绍了含长周期堆垛有序结构(Long period stacking order,简称LPSO结构)的Mg-RE-Zn(-Zr)合金的研究现状,重点分析了Mg-Gd-Zn(-Zr)合金中14H-LPSO结构的最新研究进展,综述了等通道角挤压和搅拌摩擦加工工艺在镁合金强韧化中的应用现状,提出了当前Mg-Gd-Zn(-Zr)合金研究需解决的主要问题和未来研究方向,展望了等通道角挤压和搅拌摩擦加工工艺在Mg-Gd-Zn(-Zr)合金强韧化方面的应用前景。