Nd对铸态Mg-10Gd-0.7Al合金组织和力学性能的影响

采用熔炼铸造法制备了Mg-10Gd-xNd-0.7Al(x=0,1,1.5,2 mass%)合金,通过光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪和电子拉伸试验机等设备研究了Nd对铸态Mg-10Gd-0.7Al合金组织和力学性能的影响,结合边-边匹配理论讨论了Nd对合金晶粒的细化机理。结果表明:铸态Mg-10Gd-0.7Al合金的组织由粗大的α-Mg基体、Mg_(5) Gd相和Al_(2) Gd相组成,添加Nd元素后,合金产生了新相Al_(2) Nd和Mg_(41) Nd_(5),且细化了晶粒;随着Nd添加量的增加,铸态Mg-10Gd-xNd-0.7Al合金的室温拉伸力学性能先升高后降低,当Nd的添加量为1.5 mass%时,合金综合力学性能最好,其抗拉强度为200.32 MPa,屈服强度为175.47 MPa,伸长率为4.43%;加入Nd后,合金的断裂方式由脆性断裂逐渐转变为韧性断裂。

Mg-10Gd-4.8Y-2Zn-0.6Zr合金本构方程模型及加工图

采用Gleeble-1500热模拟实验机在温度为623～773 K,应变速率为0.001～1 s-1条件下对Mg-10Gd-4.8Y-2Zn-0.6Zr(wt%)合金进行热压缩实验,研究了该合金热变形行为及热加工特征,建立了该合金热变形时的本构方程和加工图。结果表明,该合金高温变形时的峰值应力随着应变速率的降低和变形温度的升高而显著减小;变形激活能为289.36 kJ/mol;合金高温变形时存在两个失稳区,分别是变形温度为770～773 K,应变速率为0.1 s-1左右的区域,和变形温度小于750 K,应变速率小于0.03s-1的区域;合金的最佳热加工温度为750～773 K,应变速率为0.001～0.01 s-1。

Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金在520℃下的固溶处理行为

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、显微硬度测试、热分析、能谱分析以及X射线衍射(XRD)等手段,研究Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金铸态和520℃固溶处理不同时间后的显微组织以及显微硬度分布。结果表明:Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金经520℃/16 h固溶处理后,铸态时的网状共晶完全溶解到基体中,Gd、Y富集的立方体相弥散分布在晶内;晶内偏析消除,硬度有所降低。合金在固溶处理过程中发生以下组织演变:α-Mg固溶体+网状Mg24(GdY)5相→α-Mg固溶体+断续破碎的Mg24(GdY)5相→α-Mg过饱和固溶体+立方体相。该合金在520℃固溶处理的适宜时间为16 h。

均匀化退火等温冷却对Mg-10Al-1Zn镁合金组织性能的影响

对Mg-10Al-1Zn镁合金进行均匀化退火等温冷却处理,探讨等温温度和时间对β-Mg17Al12相析出形貌和合金力学性能的影响。研究结果表明：在420℃保温24h再经200~300℃保温1~6h后,β-Mg17Al12相均以层片状形态均匀析出。β-Mg17Al12相析出量随时间延长而增加,平均层片间距随等温温度升高而增大。合金在420℃保温24h再经250℃保温2h后,布氏硬度达到最高值80.1HB。

Zn含量对Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金组织和力学性能的影响

采用显微硬度和力学性能测试及金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射等分析手段,研究了Zn含量对Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金挤压以及时效处理后合金组织和力学性能的影响。结果表明,在Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金中添加Zn元素,有利于细化合金晶粒,提高挤压态的强度。未添加Zn的合金T5态晶粒尺寸约为25μm,添加1%(质量分数,下同)Zn后,晶粒尺寸约为15μm,Zn含量为3%时,晶粒尺寸约为10μm。当Zn含量为1%时,合金挤压态和时效态的抗拉强度分别为337MPa,397MPa,屈服强度分别为128MPa,148MPa,伸长率分别为10.0%,5.0%,具有较好的综合性能。

Sb变质Mg-10Al合金的组织与力学性能

研究了不同Sb含量的Mg-10Al合金的微观组织及在室温和150℃高温下的力学性能。结果表明,加入适量的Sb,Mg-10Al合金中生成了弥散分布的针状Mg3Sb2相,α-Mg初晶显著细化,抑制了网状共晶组织的形成。当Sb含量为0.5%(质量分数)时,组织细化效果最佳。随着Sb含量的增加,室温及高温下合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率先升高后降低,均在Sb含量为0.5%(质量分数)时获得最佳综合性能。Mg-10Al-0.5Sb合金在150℃的抗拉强度为180MPa、伸长率为19%,比Mg-10Al合金分别提高了30%和90%。此外,在150℃条件下,含Sb合金仍保持了与其在室温下相当的强度,而未添加Sb的Mg-10Al合金的强度则明显下降。

Al对Mg-5Gd-3Y铸态合金组织和性能的影响

通过X射线衍射、扫描电镜、金相组织分析和拉伸性能测试等方法,研究了Al对Mg-5Gd-3Y铸态合金组织和性能的影响。结果表明,Mg-5Gd-3Y铸态合金的组织由α-Mg基体和共晶相Mg5Gd和Mg24Y5组成。加入Al元素后,有新相Al2Gd、Al2Y析出,对合金的晶粒起到细化作用,有效提高了Mg-5Gd-3Y铸态合金的力学性能。

原始组织对Mg-10Zn-5Al合金半固态球晶组织的影响

采用圆锥铜模冷却法制备了不同原始组织的Mg-10Zn-5Al合金,研究不同冷却速率下合金的铸态组织以及不同原始铸态组织对二次重熔球晶组织的影响。结果表明,随着冷却速率的减慢,试样的组织从枝晶状向颗粒状晶转变,而且晶粒变得越来越粗大。Mg-10Zn-5Al合金坯料原始组织从树枝晶向等轴晶转变的过程中,重熔后的平均晶粒尺寸、平均圆整度和固相率呈现出先减小后增大的趋势。当重熔温度为430℃,重熔时间为30 min,原始组织为等轴晶时,其二次重熔后的平均晶粒尺寸在49μm左右,其平均圆整度在1.8左右,其固相率为52.5%。

Mg-10Gd-2Y-0.6Zr合金热压缩变形及其微观组织研究

采用GLEEBLE-1500热模拟机对Mg-10Gd-2Y-0.6Zr合金在温度为350～450℃,变形速率为0.001～0.5s-1,最大变形程度为50%的条件下,进行了恒应变速率高温压缩模拟试验研究,分析了合金高温变形时流变应力与应变速率及变形温度之间的关系以及组织变化。结果表明:合金的稳态流变应力随应变速率的增大而增大,随温度的升高而降低;在给定的变形条件下,计算出合金的变形激活能和应力指数分别为223kJ/mol和6.9,建立了合金高温变形的本构方程;根据试验分析,合金变形温度为400℃,变形速率为0.5s-1,或变形温度为450℃,变形速率为0.1s-1下进行热压缩,可以得到组织结构均匀和热塑性加工良好的匹配。

Mg-10Gd-6Y-0.4Zr合金时效沉淀表征和高温性能

研究了Mg-10Gd-6Y-0.4Zr合金在225℃和250℃时效过程的沉淀相变化以及合金的高温力学性能。结果表明:Mg-10Gd-6Y-0.4Zr合金在225℃和250℃都有明显的时效硬化行为,而在225℃时效的硬化效果要强于250℃时效。Mg-10Gd-6Y-0.4Zr合金在225℃和250℃时效全过程中,固溶体分解的序列是由β″相转变为β'相,没有观察到其它沉淀相的析出。β″相比β'相具有更强的硬化作用,析出的β'相具有良好的热稳定,是合金高温性能优异的主要原因。

时效时间对Mg-10Gd-3Y-0.5Zr镁合金力学性能的影响

选取了在工程实践中有广泛应用的Mg-10Gd-3Y-0.5Zr镁合金,在225℃下对合金进行了时效处理,研究了时效时间对合金力学性能的影响。结果表明：在6、8、10、12、14、16 h时效时效范围,合金的硬度、抗拉强度和屈服强度在12 h处理之后达到最大值。

铸造工艺对Mg-10Zn-5Al合金组织的影响

在不同浇注温度下采用圆锥铜模成形得到不同冷却速率Mg-10Zn-5Al合金,并对其进行热处理,探讨合金的组织演变机理。结果表明:随着冷却速率的减小,铸态组织枝晶间距变大,晶界变得清晰。固溶处理后,随着浇注温度的升高,第二相的溶解度增大,随着冷却速率的降低,第二相由连续网状向不连续点片状转变。时效处理后,随着浇注温度的升高,从过饱和固溶体中析出的第二相数量增多,随着冷却速率的降低,析出相由不连续点片状逐渐变为连续网状。

热轧及退火处理对Mg-10Gd-3Y-0.3Zr合金显微组织及抗压强度的影响

为了探究Mg-10Gd-3Y-0.3Zr高温热轧及退火处理对合金显微组织及抗压强度的影响,文中利用光学金相显微镜观察高温轧制板材的显微组织,分析晶粒尺寸大小和动态再结晶程度.研究结果表明:随着变形量增加,晶粒尺寸显著减小,当下压量为60%时晶粒尺寸大小均匀,约为60μm,孪晶密度高;下压量达到60%之前,晶粒粗大,孪晶密度低,超过60%之后,再结晶晶粒逐步取代变形晶粒,晶粒尺寸减小,孪晶几乎消失.退火处理能够显著提高轧制板材的抗压强度,其中175℃×3h退火处理后强化效果明显,抗压强度达到424MPa,退火温度超过175℃后,强化效果开始减弱.

混合稀土RE对Mg-10Al合金组织及性能的影响

研究了不同质量分数的混合稀土对Mg-10Al合金显微组织和力学性能的影响。研究结果表明:加入混合稀土RE后,Mg-10Al合金的晶粒明显细化,β相由网状变为颗粒状,RE与铝结合形成Al2RE和Al11RE3新相,合金的抗拉强度和伸长率均得到显著提高,且随RE质量分数增加,呈先增大后降低的趋势。在RE质量分数为1.5%时,合金组织细化效果最好,抗拉强度达到最大值,从Mg-10Al合金的81 MPa提高到164 MPa.而伸长率则在RE质量分数为0.5%时达到最大值,由Mg-10Al合金的0.5%增加到1.56%.

Zn对Mg-10Gd-3Sm-0.5Zr合金热压缩行为的影响

采用熔炼铸造法制备了添加0%-2%Zn(质量分数)的Mg-10Gd-3Sm-0.5Zr合金,对其固溶处理后进行热压缩试验,研究合金在温度350-500℃,应变速率0.002-1s^(-1),最大变形量70%条件下的热变形行为,计算了其热变形激活能,建立了合金的热压缩变形本构方程和热加工图并进行了分析。结果表明:加入Zn元素后,合金的峰值应力先升高后减小,加入1%Zn元素的峰值应力最高;未添加Zn的合金的热激活能为256.87 kJ/mol,加入1%Zn后合金的热激活能为290.45 kJ/mol;添加Zn元素后,合金的热加工图失稳区减小,可加工面积增大,高温时热压缩的组织更加细小均匀。

挤压态Mg-10Gd-3Y合金动态维氏硬度的研究

研究了挤压态Mg-10Gd-3Y合金的动态维氏硬度,分析了压痕周围的微观组织,并与静态维氏硬度值进行对比。结果表明:挤压态Mg-10Gd-3Y合金动态维氏硬度高于静态维氏硬度,表现出明显的应变率正效应,并且其动态维氏硬度随应变量的增加出现一个极大值,压痕周围出现孪晶组织,随应变量的增加孪晶数量减少。

熔剂净化对Mg-Gd-Y-Zr合金流动性的影响

研究了RJ-6、RJ-6+5%GdCl3、RJ-6+5%YCl3以及JDMJ+X%GdCl3、JDMJ+X%YCl3熔剂精炼对Mg-10Gd-3Y-Zr合金流动性的影响,并采用了定量分析方法对精炼后的流动性试样进行夹杂物分析。试验结果表明:JDMJ+5%YCl3精炼剂和RJ-6+5%GdCl3精炼剂能显著提高合金的流动性,相对无熔剂精炼,流动性试样长度分别由780mm增加至1270mm和1113mm。夹杂物分析结果表明:JDMJ+5%YCl3精炼剂和RJ-6+5%GdCl3精炼剂能有效去除合金中的夹杂物,降低熔体的粘度,显著提高合金流动性。

Mg-Gd-Y-Zr合金的热裂性能

分别采用约束热裂棒法、热裂环法以及热裂综合测试系统来评定Mg-10Gd-3Y-Zr合金的热裂倾向性,并与常用AZ91D镁合金的热裂性能进行了比较。研究发现,Mg-10Gd-3Y-Zr合金和AZ91D合金的热裂倾向性为:约束热裂棒法评定的热裂倾向系数分别为8和32,热裂综合测试系统测定其抗热裂力分别约为340N和40N,热裂环法测定Mg-10Gd-3Y-Zr合金和AZ91D合金的临界断裂直径分别为53mm和48mm。试验结果表明,Mg-10Gd-3Y-Zr合金的热裂倾向性低于AZ91D合金的热裂倾向性。

净化及浇注工艺因素对Mg-Gd-Y-Zr合金流动性的影响

研究了JDMJ、JDMJ+5%YCl3和JDMJ+10%YCl3精炼剂、浇注温度以及覆膜砂型和金属型对Mg-10Gd-3Y-Zr合金流动性的影响。研究结果表明,JDMJ+5%YCl3精炼剂能显著提高合金的流动性,相对无熔剂精炼,金属型流动性试样的长度由780mm增加至1270mm。合金的流动性随浇注温度的升高而提高,当浇注温度由690℃升高到770℃时,金属型流动性试样的长度由595mm增加至995mm。研究结果还表明,覆膜砂型更有利于提高合金的流动性。

热处理及热挤压对Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr组织及常温力学性能的影响

通过力学和显微硬度测试、能谱和X射线衍射分析以及光学显微镜、扫描电镜和透射电镜观察,对Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金经均匀化、挤压变形及时效处理后的显微组织和常温力学性能进行研究。结果表明,铸态合金经520℃/16 h均匀化处理后网状共晶消除,并有黑色方块相生成,强度和塑性显著提高;挤压变形后的合金,抗拉强度σb达304.5 MPa,比挤压前提高25%,屈服强度σ0.2成倍增加,达268.7 MPa;在200℃时效20 h后峰值硬度达到137 HV;再经挤压和峰值时效后最终σb为370 MPa,比挤压态合金试样提高22%,屈服强度σ0.2为295.6 MPa,提高10%,但伸长率δ略有下降;该合金在室温下的断裂方式是脆性和韧性断裂兼有的混合断裂。