Mg-12Gd-2Y-Sm-0.5Zr合金抗蠕变性能

研究了时效态Mg-12Gd-2Y-Sm-0．5Zr合金显微组织和抗蠕变性能。结果表明：合金时效态组织由α-Mg，β＇相和Mg41Sm5相组成；合金具有较好的高温力学性能和抗蠕变性能，在（200～250℃）／50MPa蠕变条件下，合金的蠕变激活能为113kJ／mol，在（250～300℃）／50MPa时合金蠕变激活能为162kJ／mol。

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-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。

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-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。

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.

Mg-12Gd-2Y-2Sm-0.5Zr镁合金高温蠕变行为研究

研究了Mg-12Gd-2Y-2Sm-0.5Zr镁合金的高温蠕变行为。结果表明:时效态Mg-12Gd-2Y-2Sm-0.5Zr合金在200℃、300℃/50 MPa、70 MPa的条件下具有优异的抗蠕变性能;在50、70 MPa的应力下,200℃时应力指数n=3.8,300℃时应力指数n=5.6;在200、300℃的温度下,50 MPa条件下蠕变激活能Qc=50.8 kJ/mol,70 MPa条件下蠕变激活能Qc=64.8kJ/mol。

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-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。

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。

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%。

热处理对Mg-12Gd-2Y-0.5Sm-0.5Sb-0.5Zr显微组织的影响

采用OM、SEM、EDS、TEM和SAED等技术研究了Mg-12Gd-2Y-0.5Sm-0.5Sb-0.5Zr合金在铸态、时效态及固溶态的显微组织变化。结果表明,与铸态合金显微组织相比,时效态合金析出相更加细小弥散;铸态合金析出相有α-Mg、Mg5Gd相和Mg24Y5相,固溶态有α-Mg、Mg3Gd相和Mg24Y5相,时效态有α-Mg,Mg41Sm5,β'相。β'相形态为多个纺锤形相联结而成,相互夹角呈120°,具有周期结构。

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-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。

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。

变温往复镦挤对Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金组织和硬度的影响

对挤压态Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金进行4道次变温往复镦粗-挤压变形,累积应变量为5.40。温度选取稀土镁合金常用变形温度,即从420℃降低到380℃再升高到420℃再降低至380℃。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪、维氏硬度等手段,研究了不同温度和变形道次对合金组织和硬度的影响规律。结果表明:变温往复镦粗-挤压工艺能够显著减小Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的晶粒尺寸,改善组织均匀性;其组织演变体现在晶界处块状LPSO相的破碎重新分布、晶粒内部层片状LPSO相的溶解、变形导致的颗粒第二相的析出及动态再结晶。温度对变形组织的影响至关重要,虽然3道次相比2道次多进行了一次大变形,但是第3道次组织比第2道次组织晶粒大、硬度低,这是由于变形温度升高导致的。初始态稀土镁合金DSC曲线在380~420℃无峰值变化,没有明显的相变,但合金在变形过程中会在晶界处析出黑色颗粒相,温度变化对变形过程中的析出相会产生影响,在升温变形中有一部分变形析出相重新破碎溶解回基体,而变形析出的颗粒相对LPSO相起到钉扎破碎的效果,同时阻碍动态再结晶晶粒的长大,第3道次升温后,由于变形析出相的减少,部分再结晶晶粒长大,导致第3道次组织比第2道次组织晶粒大、硬度低。第4道次降温变形后,由于变形温度低且累积应变量最大,得到的晶粒组织最为细小且均匀分布,硬度也最大。细小的动态再结晶晶粒与析出的Mg5(Gd,Y,Zn)相是导致合金硬度提高的主要原因。

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）。

Mg-4Y-2Sm-1Gd-0.5Zr合金的组织与性能

采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)等对Mg-4Y-2Sm-1Gd-0.5Zr合金的微观组织及物相进行了分析,并采用拉伸实验机在不同温度下对其进行了力学性能测试。结果表明:Mg-4Y-2Sm-1Gd-0.5Zr合金的铸态组织主要由α-Mg基体和Mg_(24)Y_5,Mg_(41)Sm_5和Mg_5Gd相组成,经过固溶处理后,稀土元素大部分被固溶进基体形成过饱和固溶体;Mg-4Y-2Sm-1Gd-0.5Zr合金的最佳热处理工艺为525℃×10 h+225℃×12 h,此时合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为223.6 MPa、146.5 MPa和14.1%,表明合金具有较高的强度和良好的塑性,综合力学性能优异,其强化机制主要是析出强化;时效态Mg-4Y-2Sm-1Gd-0.5Zr合金在150～250℃范围内强度变化不明显,性能稳定,特别适合在150～250℃服役条件下使用。随拉伸温度的升高,合金的断裂方式由脆性解理断裂向微孔聚集型韧性断裂转变。