表面机械研磨Mg-3Al-1Sn合金的显微组织与性能研究

采用表面机械研磨对铸态Mg-3Al-1Sn合金进行处理,并进行了物相和组织分析,以及耐腐蚀性能和不同温度下的力学性能测试与分析。结果表明表面机械研磨明显细化了合金的晶粒,显著提高了合金的高温力学性能和耐腐蚀性能,但未改变合金的物相组成。表面机械研磨使150℃、300、450℃条件下的抗拉强度分别增加53%、154%、369%;腐蚀电位正移511m V、腐蚀电流密度减小48.8m A/cm2。

热处理对Mg-3Sn-2Al-1Zn-5Li合金耐蚀性能的影响

对Mg-3Sn-2Al-1Zn-5Li合金进行了不同方式的热处理。利用电化学测试研究了不同热处理状态合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电化学行为,并通过扫描电镜、能谱以及X射线衍射分析了合金腐蚀形貌及腐蚀产物的成分。结果表明:经固溶处理和时效处理后,合金的耐蚀性能有所提高,并且固溶态的Mg-3Sn-2Al-1Zn-5Li合金有着最佳的耐蚀性能;合金的腐蚀特征为丝状腐蚀,腐蚀产物主要为Mg(OH)_(2)。

间断直流磁场对Al-5Mg-3Zn-1Cu合金凝固组织和性能的影响

对Al-5Mg-3Zn-1Cu合金的凝固过程施加不同直流电压(0~300 V)和放电频率(0~20 Hz)以及占空比为30%的间断直流磁场,研究了间断直流磁场对其凝固组织及力学性能的影响。结果表明:间断直流磁场有效细化了合金的凝固组织,初生α-Al相由无磁场时的粗大枝晶变为细小的蔷薇状晶粒,第二相由粗大而连续的网格状结构变为细小而断续分布结构。随着直流电压的增加,合金的晶粒尺寸、第二相体积分数和长度均减小,抗压强度和断裂应变均先升后降;随着放电频率的增加,晶粒尺寸、第二相体积分数和长度均先减小后增大,抗压强度和断裂应变均先升后降。施加间断直流磁场后,合金的拉伸性能提高,断口中的准解理面减少,撕裂棱增多。当直流电压为200 V、放电频率为5 Hz时,合金的抗压强度和断裂应变最大,与无磁场时相比分别提高了31.6%和43%,抗拉强度和断后伸长率则分别提高了79.71%和83.3%。

应力时效影响Al-10Zn-3Mg-3Cu合金带外纵筋筒形件组织性能研究

目的研究应力时效条件下Al-10Zn-3Mg-3Cu合金带外纵筋筒形件筋部试样的应力松弛行为,探明基体应力松弛机制以及强韧性协同提升机理。方法针对淬火态筋部试样,设计不同的初始应力值进行应力时效实验,然后采用数据分析与微观组织形貌表征方法研究试样组织性能。结果当施加的初始应力为250MPa时,筋部试样的应力松弛程度可达85.8%,同时,试样抗拉强度为736.40 MPa,屈服强度为697.53 MPa,延伸率为10.96%。结论在250MPa应力时效条件下,应力松弛机制主要为晶界Coble蠕变和位错运动,位错运动促进了亚晶的增殖,Coble蠕变使基体晶粒长大,这些行为促使试样应力耗散。同时,应力时效改变了析出相形态,发展了具有孪生界面的复合析出相。经分子动力学计算可知,该特征微结构有利于基体强韧性的协同提升。

Mg-5Al-0.3Mn-1Gd合金固溶时效处理工艺研究

采用显微组织观察、硬度测试等手段研究了不同固溶、时效处理对Mg-5Al-0.3Mn-1Gd合金组织和硬度的影响。结果表明:铸态Mg-5Al-0.3Mn-1Gd合金经过430℃×2 h+565℃×4 h固溶后,合金中β-Mg_(17)Al_(12)相完全溶入基体,稀土相呈短棒状在Mg-5Al-0.3Mn-1Gd合金基体中弥散分布,合金晶粒没有明显长大。再对其进行230℃不同时间的时效处理,随着时效时间的增加,Mg-5Al-0.3Mn-1Gd合金中析出第二相数量逐渐增加,最终细小的第二相在局部富集,合金的硬度先增加后降低。Mg-5Al-0.3Mn-1Gd合金的最佳固溶时效工艺为430℃×2 h+565℃×4 h固溶+230℃×16 h时效。

铒/钪-锆微量添加对Al-5Mg-3Zn合金热轧态组织和性能的影响

向Al-5Mg-3Zn合金中分别复合添加了锆(0.1%,质量分数,下同)和铒(0.2%)、锆(0.1%)和钪(0.2%),并进行热轧,研究了铒-锆、钪-锆微量添加对合金显微组织、拉伸性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明:复合添加锆-铒或锆-钪元素能使合金热轧后保留更多变形组织,抑制合金的动态再结晶,且锆-钪元素的抑制作用强于锆-铒;热轧态Al-5Mg-3Zn合金晶内出现少量尺寸较大的T相,热轧态Al-5Mg-3Zn-0.2Er-0.1Zr、Al-5Mg-3Zn-0.2Sc-0.1Zr合金晶内除了T相,还分别存在Al3(Er,Zr)相和Al3(Sc,Zr)相,3种试验合金晶界处均无析出相和沉淀析出带;相比热轧态Al-5Mg-3Zn合金,热轧态Al-5Mg-3Zn-0.2Er-0.1Zr合金抗拉强度、屈服强度分别提升了9.3%,34.3%,热轧态Al-5Mg-3Zn-0.2Sc-0.1Zr合金分别提升了24.8%,35.6%;3种热轧态试验合金均保持良好的耐腐蚀性,热轧态Al-5Mg-3Zn合金的耐腐蚀性能更优。

Mg-6.42Al-3.22Sn镁合金轧制后的显微组织与力学性能

为了改善镁合金单道次大压下量轧制变形能力,提高轧制效率,采用扫描电镜和拉伸试验机等手段研究了不同变形量下单衬板轧制和双衬板轧制Mg-6.42Al-3.22Sn镁合金的显微组织和力学性能变化。结果表明,单衬板轧制镁合金试样的下表面裂纹状态优于上表面,轧制温度为400℃时镁合金试样上下表面未见裂纹,而双衬板轧制镁合金在轧制温度为350℃及以上时都未见明显裂纹。单衬板轧制和双衬板轧制镁合金试样的平均晶粒尺寸和第二相颗粒尺寸都随着变形量增加而减小。在相同变形量下,单衬板轧制和双衬板轧制镁合金的屈服强度和抗拉强度相当,且双衬板轧制镁合金的断后伸长率和应变硬化指数高于后者,更有利于后续加工变形,这主要与双衬板轧制有助于将镁合金试样上下表面的剪切应变转变为压应变,更有利于抑制裂纹扩展和具有更高的抵抗均匀塑性变形的能力有关。

Mg-39Pb-11.5Al-1B-0.4Sc合金在3.5%NaX(X=F,Cl,Br,I)溶液中的腐蚀行为

采用熔融法制备Mg−39Pb−11.5Al−1B−0.4Sc合金,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、极化曲线测试和电化学阻抗谱(EIS)分析合金在3.5%(质量分数)NaX(X=F,Cl,Br,I)溶液中的腐蚀行为和机理。结果表明,Mg−39Pb−11.5Al−1B合金的组成相为α-Mg、Mg_(2)Pb、Mg_(17)Al_(12)和AlB_(2)。Sc的加入可以显著细化显微组织。Mg−39Pb−11.5Al−1B−0.4Sc合金在NaX溶液中的耐腐蚀性顺序为NaCl<NaBr<NaI<NaF。在NaX(X=Cl,Br,I)溶液的腐蚀过程中Mg先被溶解,然后Mg_(2)Pb被溶解,最后导致Mg_(17)Al_(12)从基体脱落。Mg和Mg_(2)Pb腐蚀产物分别为Mg(OH)_(2)和MgO。

锡添加量对铸态Mg-3Al-0.5SiO_(2)合金显微组织和力学性能的影响

以纯镁锭、纯铝锭、纯锡锭、纳米SiO_(2)粉末为原料熔炼铸造Mg-3Al-0.5SiO_(2)-xSn(x=0,1,3,5,7,10,质量分数/%)合金,研究了锡添加量对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着锡添加量的增加,粗大的Mg_(2)Si初生相逐渐转变为块状或针状相,Mg_(2)Sn相含量增加,当锡质量分数为5%时,Mg_(2)Sn相分布最均匀,尺寸最小;合金的强度和断后伸长率均随着锡添加量的增加呈先升高后降低的趋势,断裂方式先由脆性断裂向韧性断裂转变,再向脆性断裂转变;当锡质量分数为5%时,合金具有最佳的室温拉伸性能,其抗拉强度、屈服强度、断后伸长率分别为145.6 MPa,98.7 MPa,7.12%,断裂方式为韧性断裂。

Al-6Mg-0.7Zr新型铝合金力学性能及微观组织

采用快速凝固-粉末冶金工艺制备Al-6Mg-0.7Zr新型中高强铝合金。通过室温拉伸、高温拉伸、SEM和TEM等手段对退火态Al-6Mg-0.7Zr合金的力学性能及组织变化进行分析研究。结果表明:快速凝固-粉末冶金法能够突破Zr元素在Al基体中的固溶极限,可制备出质量分数0.7%Zr的新型铝合金。均匀析出的Al_(3)Zr粒子能有效阻碍位错运动,纳米尺度的Al_(3)Zr与基体晶格呈共格关系也有利于合金强度提升。室温下Al-6Mg-0.7Zr合金的抗拉强度达到445 MPa,屈服强度338 MPa,断后伸长率20.10%。此外,Al_(3)Zr粒子在高温下稳定,对晶界迁移及位错运动都有显著阻碍作用,使得合金在200℃以下具有良好的高温性能。150℃下Al-6Mg-0.7Zr合金抗拉强度达到320 MPa,屈服强度266 MPa,断后伸长率33.37%。

固溶时效对Ti-5Al-3V-1Mo-1Zr钛合金钻杆组织演变及力学性能的影响

利用激光共聚焦显微镜(CLSM)、电子扫描显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和力学性能测试等手段分析相变点上两阶段固溶时效(TSSA)对Ti-5Al-3V-1Mo-1Zr钛合金钻杆片层组织演变规律及力学性能的影响。结果表明:通过采用相变点上TSSA工艺获得了全片层转变组织,随时效温度的升高,全片层转变组织的晶界α相平均宽度由5.5μm增至9.0μm,集束内的α片层平均宽度由2.75μm增至3.95μm,材料抗拉和屈服强度变化幅度均小于0.15 MPa/℃;与原始挤压态相比,钛合金的冲击功增加74.07%,材料冲击功与α片宽度满足Hall-Petch关系;经(1000℃, 1 h,炉冷(FC))→(600℃, 1 h,空冷(AC))+(550℃, 6 h,AC)热处理后钛合金具有良好的综合性能匹配,其屈服强度为894 MPa,夏比V型缺口冲击功(-20℃)为46 J,伸长率为7.5%。

Mg-8Al-1Zn-1Y镁合金动态再结晶临界条件及动力学模型的构建

在300~400℃、0.003~1 s^(-1)变形条件下,采用Gleeble-1500型热模拟试验机对Mg-8Al-1Zn-1Y镁合金进行热压缩实验。依据加工硬化率曲线拐点特征构建了合金热变形过程中的动态再结晶临界应变模型,并根据临界条件构建了合金的动态再结晶动力学模型,并分析了不同变形条件对合金动态再结晶的影响。结果表明:变形温度和应变速率对Mg-8Al-1Zn-1Y镁合金的热变形行为有显著的影响,其流变曲线表现出典型的动态再结晶特征,并且提高变形温度和降低应变速率都将促进动态再结晶的发生;在本实验条件下,Mg-8Al-1Zn-1Y镁合金的加工硬化率曲线均具有拐点特征,得到了合金在变形温度为300~400℃及应变速率为0.003~1 s^(-1)条件下所对应的临界应变ε_(c)和峰值应变ε_(p),并获得了合金临界应变模型和动态再结晶动力学模型,合金显微组织特征验证了所获得的临界应变模型和动态再结晶模型的准确性。

高塑性Mg-3Zn-1Y-1Mn合金在不同挤压温度下的组织演变、强化机制和变形行为

为了改善铸态Mg-3Zn-1Y-1Mn合金的力学性能、研究合金在不同变形温度下的组织演变规律和变形机理,对铸态Mg-3Zn-1Y-1Mn合金进行热挤压实验。实验结果显示,当挤压温度为330℃时,挤压态合金具有最佳的力学性能,抗拉强度和伸长率分别达到270 MPa和16.8%。挤压态合金性能大幅提高主要归因于3个方面:由动态再结晶导致的细晶强化作用、未被动态再结晶抵消的加工硬化以及第二相粒子强化作用。在热挤压过程中,当挤压温度为300℃时,同时发生连续动态再结晶和动态回复;而当挤压温度为330和360℃时,发生不连续动态再结晶。此外,在热变形过程中{0001}基面滑移、{10 10}Ⅰ型柱面滑移和{11 20}Ⅱ型柱面滑移对塑性变形的贡献受挤压温度影响很大,而{11 20}Ⅱ型柱面是3个滑移系中最难启动的滑移系。

Sr和Y对Mg-3Al-1Zn镁合金组织细化的影响

研究Sr和Y对Mg-3Al-1Zn镁合金组织细化的影响结果表明,添加0.01%～0.1%Sr和0.3%Y均可细化Mg-3Al-1Zn镁合金晶粒,其中添加Sr较添加Y可使Mg-3Al-1Zn镁合金具有更好的细化效果。此外,随Sr加入量从0.01%增至0.1%,试验合金的细化效率逐渐增加。Sr和Y以及不同Sr加入量对Mg-3Al-1Zn合金晶粒的细化效果差异与不同条件下Mg-3Al-1Zn合金的开始结晶温度不同有关。

高性能Mg-6Sn-3Al-1Zn合金的制备工艺研究

通过改善铸态镁合金制备工艺,得到一种组织均匀、性能优异的Mg-6Sn-3Al-1Zn合金,合金抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到219MPa、82MPa、16%,晶粒尺寸为133.35μm。

热处理对Mg-3Sn-1Y合金显微组织及显微硬度的影响

在电阻炉中采用熔剂保护熔铸Mg-3Sn-1Y(质量分数,%)合金,并通过Olympus GX71光学显微镜(OM)、装备能谱(EDS)的FEI QUANTA 400型扫描电镜(SEM)、RigakuD/max-3C型X射线衍射(XRD)、TUKON2100维氏型硬度计和CRY-2P型DTA差热分析仪等分析合金的铸态组织、固溶及时效热处理对组织和时效硬化的影响。结果表明,Mg-3Sn-1Y合金铸态组织由α-Mg枝晶、枝晶间断续网状Mg2Sn相和弥散分布的细小颗粒及短棒状MgSnY相组成。固溶处理后Mg2Sn相已完全固溶,而具有高温稳定性的MgSnY相依然分布在基体中。加入Y元素可以提高合金的高温稳定性。Mg-3Sn-1Y合金具有典型的时效硬化特征,时效温度提高,一定程度上有利于时效峰出现;但时效温度过高,基体组织的长大会降低析出强化作用,延缓峰值硬度的出现。

单β相镁锂合金Mg-11Li-3Al-0.4Y中温拉伸行为

采用熔铸、大变形轧制及退火等工艺制备厚度为1 mm的Mg-11Li-3Al-0.4Y合金板材,结合扫描电子显微镜、高温拉伸试验机等实验方法,研究合金在温度范围为50~200℃和应变速率范围为0.001~0.1 s-1的中温变形行为、再结晶行为和组织性能。在Arrhenius双曲正弦型方程的基础上构建适用于单β相含稀土镁锂合金的塑性变形本构方程。研究结果表明:对于单β相Mg-11Li-3Al-0.4Y合金,流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,且真应力-真应变曲线中的锯齿波符合动态应变时效中的Portevin-Le Chatelier效应,这是首次在单β相Mg-Li-Al合金中观察到Portevin-Le Chatelier效应。结合断口分析,发现热轧合金板材在中温拉伸过程中,随着温度的升高,合金拉伸断裂方式由较低温度时的准解理断裂转变为较高温度下的韧窝断裂。

Mg-6Al-1Ca镁合金热压缩变形及本构方程

采用AG-100KN电子万能材料实验机对新型Mg-6Al-1Ca镁合金进行了热压缩实验,分析了该合金在温度为573~773 K、应变速率为0.001~1.0 s^(-1)条件下的材料流动行为和应变硬化行为。通过线性拟合分别构建了该镁合金的本构模型和动态再结晶模型,得到了Mg-6Al-1Ca镁合金应力与应变及应变速率的关系。并根据本构方程与实验值的对比,验证了该本构关系式。在低应变区,温度在573~673 K时,压缩曲线呈现显著的加工硬化特征,温度在723~773 K时,加工硬化现象不明显,在流动应力达到峰值后随即进入稳态流动状态;在高应变区,受动态再结晶和动态回复机制的影响,材料的流动行为表现为稳态流动的特征。

微量元素Cr对Al-13Si-3Cu-2Ni-1Mg-0.5Fe合金微观组织和力学性能的影响

采用惰性气体保护的电阻熔炼技术制备了不同Cr含量的Al-13Si-3Cu-2Ni-1Mg-0.5Fe合金。采用OM、SEM、EDS、XRD、布氏硬度仪和电子万能试验机分析了铸态和热处理态下不同Cr含量合金的微观组织、相组成、硬度分布、室温和高温力学性能。结果表明,添加Cr元素之后,合金中的长针状或片状的β-Al FeSi相逐渐转变成短棒状或汉字状的α-Al FeSi相。随着Cr含量增加,短棒状α-Al FeSi相数量明显增多。添加不同Cr的铸态合金布氏硬度和抗拉强度均较未加Cr的合金轻微减小。经热处理之后,合金硬度和抗拉强度较铸态明显提升;添加Cr元素之后,合金的高温抗拉强度显著提升,Cr含量为0.45%时,合金高温抗拉强度高达129 MPa,较未加Cr的合金(95 MPa)提升了35.8%。

铸造Al-14Si-5Cu-3Ni-1Mg-0．5Mn合金微弧氧化陶瓷层的耐蚀性

通过对铸造Al-14Si-5Cu-3Ni-1Mg-0.5Mn合金微弧氧化不同厚度陶瓷层的的交流阻抗图谱和塔菲尔曲线的电化学研究,定量分析了陶瓷层的耐蚀性,并用失重法对电化学测试结果进行了进一步验证。利用扫描电镜(SEM)研究了陶瓷层表面微观结构对其耐蚀性的影响。结果表明,微弧氧化可显著提高该合金的电化学阻抗及自腐蚀电位,降低腐蚀电流。微弧氧化陶瓷层特有的微观组织结构是其耐蚀性提高的主要原因,陶瓷层的厚度也是影响其耐蚀性的一个重要因素,但厚度的增加并不一定能提高其耐蚀性。