热处理对Mg-12Gd-1Zn-0.5Zr合金显微组织和力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和拉伸试验机等研究了不同热处理状态下Mg-12Gd-1Zn-0.5Zr合金的物相、显微组织和力学性能。结果表明:铸态Mg-12Gd-1Zn-0.5Zr合金的组织主要由α-Mg基体、Mg_(5)(Gd,Zn)、Mg_(5)Gd以及Mg_(10)ZnGd(18R-LPSO)相构成。固溶处理后,LPSO相从18R型LPSO转变为14H型LPSO(Mg_(12)ZnGd),时效处理后,合金的组织主要由α-Mg基体、Mg_(5)Gd和Mg_(12)ZnGd相组成;Mg-12Gd-1Zn-0.5Zr合金的最佳热处理工艺为500℃固溶处理10 h+225℃时效12 h,此时合金的抗拉强度和屈服强度由铸态的192.16和110.24 MPa增加到243.10和159.36 MPa,伸长率由12.64%降低到11.66%。

第二相体积分数对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金力学性能的影响

采用万能拉伸试验机、SEM、EDS及XRD对固溶处理后的Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金力学性能、第二相形态、化学成分进行了分析,并利用Image-Pro-Plus软件对第二相体积分数进行了统计。结果表明:固溶处理后,合金中仍有大量不同形态、成分的第二相,主要是灰色块状LPSO相、灰色棒状LPSO相和白色点状富稀土相。随着固溶时间的增加,Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的抗拉强度与伸长率表现出先降低后升高的变化规律。在510℃固溶16 h,合金的抗拉强度与伸长率达到最小值,分别为196.77 MPa、3.8%。510℃固溶10~16 h,LPSO相体积分数不变,富稀土相体积分数增加,富稀土相质地较脆,受力时容易破碎,成为裂纹萌发和扩展的源头,使合金抗拉强度、伸长率均降低。510℃固溶16~19 h,富稀土相体积分数减少,合金的力学性能增加。

Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金连续降温压缩扭转组织演变

采用Gleeble-3500热力拟试验机对Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金棒材进行了热压缩扭转实验,变形过程中采用连续降温,温度范围为420~480℃,降温速率为10℃·s^(-1)。分析了变形后试样微观组织的演化规律。结果表明,形成了梯度组织;随棒状试样半径的增加,晶粒尺寸、LPSO相尺寸及ED//<0001>织构强度均减小。晶内LPSO相发生了机械破碎和扭折;块状LPSO相发生溶解,形成条纹状结构,部分条纹状结构在外力条件下发生扭折。变形过程中主要发生了连续动态再结晶及LPSO相激发的再结晶。连续降温有利于再结晶形核,产生大量细小的动态再结晶晶粒,抑制了再结晶晶粒长大和ED//<0001>织构强度增加。

Mg-9Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr合金材料喷丸强化工艺及摩擦磨损性能研究

目的提高Mg-9Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr合金的耐磨性能。方法通过喷丸强化工艺对Mg-9Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr合金表面进行处理,在合金表面制备出纳米强化层,随后进行干滑动摩擦磨损试验,探究其喷丸强化后耐磨性能的改变。利用OM、SEM研究合金表层至内部晶粒尺寸及组织特征的变化。利用电子天平秤测量摩擦磨损试验前后质量的损失量。利用维氏显微硬度计测量合金强化层深度方向的硬度分布。利用SEM研究了合金摩擦磨损后的形貌特征,探究其磨损机制。结果对Mg-9Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr合金进行表面喷丸处理后,表面分别出现了200~370μm厚的晶粒细化层,其中喷丸气压为0.4 MPa、时间为40 s的试样的细晶强化层厚约为250μm,硬度约为155HV,较原始试样提高了50%左右。结论经喷丸强化后,镁合金表面发生塑性变形,获得纳米晶。晶粒尺寸从表层到内部逐渐变大,呈现梯度变化,喷丸处理后试样磨损质量普遍降低,耐磨性能得到提高,其中气压为0.4MPa、喷丸时间为40s的试样的耐磨性最好。铸态试样的摩擦磨损中,磨粒磨损和黏着磨损发挥主要作用,喷丸强化工艺后,磨损机制发生改变,喷丸时间为60 s时,氧化磨损起主导作用。另外,随着喷丸气压的增大,疲劳磨损由辅助作用逐渐变为主导作用。

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-12Gd-4Y-1Zn-0.5Zr合金的显微组织和力学性能

研究了铸态、热挤压态和热挤压加时效处理的Mg-12Gd-4Y-1Zn-0.5Zr合金的显微组织特征和室温拉伸性能.结合SEM-EDS和TEM-EDS重点分析了热挤压态的合金的相组成.结果表明:合金的铸态组织主要由αVMg基体和沿晶界分布的片层状的第二相组成,经过370℃热挤压变形后,合金中第二相的分布和形貌均发生变化,200℃,70 h时效处理后第二相分布变得不规则.并发现了两种非平衡相,即片状的Mg(GdZn)5和块状的Mg3(Gd0.5Y0.5)相.热挤压变形加时效处理后合金室温抗拉强度显著提高的同时,且具有良好的延伸率.

挤压比对Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金组织和力学性能影响

对Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金进行了不同挤压比的挤压试验,采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、拉伸试验研究了不同挤压比对合金组织与力学性能的影响。结果表明:均匀化态试验合金组织主要由α-Mg基体、层状LPSO相及少量块状LPSO相构成。随着挤压比的增加,合金再结晶程度越来越高,层状LPSO相逐渐减少。与均匀化态试验合金相比,挤压态合金的强度及伸长率均有明显提高。随着挤压比的增加,试验合金的强度有小幅提升,伸长率显著提高。挤压比为42的Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Z合金的抗拉强度、屈服强度及伸长率均达到最大值,分别为407、332MPa和12.2%。

热处理对Mg-12Gd-3Y-Sm-0.5Zr合金组织和性能的影响

通过OM,SEM,TEM,XRD和力学拉伸实验,研究了固溶和时效热处理对Mg-12Gd-3Y-Sm-0.5Zr(质量分数,%)合金组织和力学性能的影响。结果表明,Mg-12Gd-3Y-Sm-0.5Zr合金铸态组织由α-Mg基体和含Mg5Gd相和Mg41Sm5相的粗大枝晶组成,经过固溶和时效处理后,时效析出了Mg24Y5相,Mg5Gd相演变为Mg3Gd相,固溶时效态合金纳米尺寸的长条状相的脱溶析出可有效强化合金。合金在不同状态下的室温抗拉强度为:铸态219.4 MPa、固溶态224.0 MPa和时效态299.8 MPa。

Mg-11Y-5Gd-2Zn-0.5Zr(wt.%)合金的显微组织和力学性能

采用光学显微镜(OM)、带能谱分析(EDAX)的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等方法对Mg-11Y-5Gd-2Zn-0.5Zr(WGZ115)合金的原始铸态(F态)、固溶处理态(T4态)和峰值时效态(T6态)的组织结构进行了分析。研究表明:F态WGZ115合金主要由基体(-αMg)、晶间共晶相(Mg24(YGdZn)5)和长周期结构相(Mg12Y1Zn1)组成。T4态WGZ115合金主要由基体相(-αMg)、长周期结构相(Mg12Y1Zn1)和少量分布于晶界附近的方块相(Mg-Y-Gd方块相)组成。T6态WGZ115合金的形貌与T4态相似,圆形的富Zr相始终存在于三种状态的合金中。通过不同温度下的拉伸实验发现T4态WGZ115合金的抗拉强度和塑性好于F态合金。而T6态合金的力学性能最好,在200℃时抗拉强度达到最大值341.1MPa。

成形温度对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金旋转反挤压变形组织和性能的影响

为达到晶粒细化和提高力学性能的目的,采用旋转反挤压变形工艺对高强耐热Mg-13Gd-4Y-2Zn-0. 5Zr合金进行剧烈塑性变形。利用Gleeble-3500热模拟试验机研究了Mg-13Gd-4Y-2Zn-0. 5Zr合金杯形件成形过程中成形温度对材料组织和性能的影响规律。结果表明:在变形过程中,合金基面滑移困难,产生了不连续的动态再结晶,随温度的升高,再结晶晶粒长大,在长大的再结晶晶界与原始晶界处产生二次再结晶。变形区域内的晶粒为随机取向,随温度的变化发生旋转,在450℃下晶粒的基面平行于挤压方向,织构强度弱化。变形区域内各区域硬度值相差不大,在轴心附近的硬度值相对较低,且在450℃下硬度值最低。

Mg-12Gd-2Y-1.5Sm-0.5Zr合金中镁稀土相形成机理

通过SF6+CO2气体保护,在大气环境下制备了Mg-12Gd-2Y-1.5Sm-0.5Zr镁合金,并基于电负性理论分析以及应用Miedema生成热模型对合金镁稀土相的形成进行了分析研究。结果表明,铸态合金内除存在α-Mg基体相外,还有Mg5Gd、Mg24Y5和Mg3Sm相;Mg与稀土元素Gd、Y、Sm具有较好的亲和力,镁稀土相的形成有其必然性。

Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.5Zr合金的高温蠕变行为

采用光学显微镜和蠕变实验机研究Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.5Zr合金在不同温度和应力下的高温蠕变行为。结果表明：在应力为70～130 MPa范围内,200℃时Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.5Zr合金的蠕变应力指数n=1.63,蠕变机制为晶界滑动,250℃时蠕变应力指数n=2.63,蠕变机制为位错滑移;在蠕变温度为200～250℃范围内,应力分别为70、90、110和130 MPa时,合金的蠕变激活能Qc分别为108.5、118.9、127.6和134.3 k J/mol;随着温度和应力的增加,合金晶粒长大,合金的蠕变机制由晶界滑动控制转变为位错滑移控制。

Mg-12Gd-2Y-1.5Sm-0.5Zr合金显微组织和力学性能

研究了合金元素对Mg-12Gd-2Y-1.5Sm-0.5Zr合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,该合金晶粒组织细小,少量Y、Sm和大量Gd固溶在镁基体里,同时有少量MgGd3、Mg24Y5和Mg41Sm5相析出;合金在室温、200、250℃下的抗拉强度分别为258、304、330 MPa;断裂为脆性断裂,与合金的低伸长率相对应。

不同温度下Mg-11Y-5Gd-2Zn-0.5Zr镁合金的拉压不对称性

通过光学显微镜、扫描电镜观察和拉伸、压缩试验研究了在不同温度下Mg-11Y-5Gd-2Zn-0.5Zr(WGZ115)镁合金的拉压不对称性及其原因。结果表明:该合金在低于200℃拉伸时发生脆断,在200～300℃内拉伸屈服强度大于压缩屈服强度,在300℃时拉伸屈服强度与压缩屈服强度相等,在高于300℃后拉伸屈服强度小于压缩屈服强度;相同温度下该合金抗压强度大于抗拉强度,压缩的最大应变量大于拉伸的最大应变量;在拉伸时,合金裂纹多为穿晶扩展,二次裂纹导致合金在25～200℃迅速脆断;在压缩时,合金内部出现孪晶带,使其压缩变形能力增强。

均匀化处理对Mg-13Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr镁合金组织和力学性能的影响

对Mg-13Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr镁合金铸锭进行均匀化处理,温度为505～525℃,时间为4～24h,并采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和万能材料试验机等检测手段分析均匀化处理前后合金微观组织和力学性能的变化。结果表明:均匀化处理后,原始组织中网状分布共晶化合物转化成晶界处不连续分布的块状LPSO相,离散分布的方块状富稀土相溶解。力学性能测试显示,铸态镁合金的抗拉强度为172.9MPa,伸长率为1.8%,经过均匀化处理后合金的力学性能得到提高,在515℃/16h均匀化制度下,合金室温抗拉强度为212.3MPa,伸长率为3.1%;在200℃下抗拉强度为237.2MPa,伸长率为9.7%,性能达到最佳。断口扫描显示,铸态合金是以撕裂棱与解理台阶为主的解理脆性断裂,均匀化处理后的合金中出现小而浅的韧窝,但仍然是以解理台阶为主的准解理断裂,塑性提高有限,长程有序相可成为裂纹的萌生源。

晶粒尺寸、变形温度和应变率对Mg-12Gd-3Y-0.5Zr合金力学性能的影响

通过对Mg-12Gd-3Y-0.5Zr合金进行单向拉伸试验,检验晶粒尺寸、温度和应变率对合金力学性能的影响。通过退火处理可以获得不同晶粒尺寸((9.63±0.69)～(94.24±2.41)μm)的试样,拉伸温度分别为20℃、-25℃和-50℃。当温度足够低时,塑性变形由滑移主导的变形方式向孪生主导过渡;同样的情况可在晶粒尺寸变大时发生。变形机制的转变导致Hall-Petch关系中斜率的变化。采用Zener-Hollomon参量来描述温度、应变率对孪生的综合影响。实验结果表明,随着Z参量的变大,孪生发生率增大;当Z值足够大时,变形机制发生转变。

Mg-10Gd-3Sm-1Zn-0.5Zr合金热压缩变形行为及加工图

采用熔炼铸造法制备了Mg-10Gd-3Sm-1Zn-0.5Zr合金,对合金均匀化处理后进行热压缩实验,研究了合金在温度623~773 K、应变速率0.002~1 s^(-1)、最大变形量70%条件下的热变形行为,计算了合金的热变形激活能,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:当温度从623 K提高到723 K,应变速率为0.01 s^(-1)时,峰值应力从194.89 MPa降为71.59 MPa。当温度为723 K,应变速率从1 s^(-1)降低到0.01 s^(-1)时,峰值应力从127.49 MPa下降到71.56 MPa;经计算,合金的热变形激活能为290.45 kJ·mol^(-1);合金最优加工工艺为:温度623~773 K,应变速率0.002~0.007 s^(-1),合金存在一个热加工失稳区:温度658~758 K,应变速率0.08~1 s^(-1),热加工时应避开此区域。

Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr镁合金组织与性能研究

对不同热处理状态（铸态、变形态、T4态以及T6态）的Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr稀土镁合金进行了拉伸、金相观察、扫描电镜以及力学性能测试分析。结果表明：合金主要由α-Mg、Mg5（Y,Gd,Zn）以及Mg（24）（Y,Gd,Zn）5三相组成。经过T6处理后,合金比T4态以及变形态的强度有明显提高,伸长率也达到了6.9%。最佳热处理参数组合为T6处理（415℃×12 h＋207℃×16 h）。

固溶处理对Mg-10.5Gd-1.0Y-1.0Zn-0.5Zr铸造镁合金的显微组织和力学性能的影响

对Mg-10.5Gd-1.0Y-1.0Zn-0.5Zr镁合金进行480℃固溶保温16h的热处理试验,研究了固溶处理对铸态合金显微组织和力学性能的影响。结果显示:试验合金的铸态组织主要是由α-Mg、共晶组织组成的第二相Mg5Gd、Mg24Y5和少量的片层状的LPSO结构相(主要是Mg12YZn相)组成。试验合金经480℃保温16h固溶处理后,合金的第二相的类型没有发生改变,但是Mg5Gd和Mg24Y5的数量下降了,而LPSO结构相(主要是Mg12YZn相)的数量有所上升。试验合金经过480℃保温16h的固溶处理后,合金的强度上升了,但是塑性有所下降,因此,合金的固溶处理可以改善其力学性能。

Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr镁合金减振性能的研究

采用TA Q800 DMA对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr镁合金进行阻尼性能测试,并通过阻尼-应变、应力-应变曲线的拟合公式计算出减振系数。结果表明：不同热处理工艺对合金的减振性能有一定的影响。热变形、热处理对合金内的析出相有调控作用,进而影响合金的阻尼性能。高应变区域,变形＋T6态合金内的析出相最小,数量最多,其阻尼性能最差。合金的屈服强度对减振系数有较大影响,变形＋T6态合金的减振系数较高,变形态次之,铸态合金的最小。