固化球磨纳米晶粉末制备块体超细晶Mg-3Al-Zn合金(英文)

采用粉末冶金技术制备块体超细晶Mg-3Al-Zn合金。首先采用球磨Mg、Al、Zn混合粉末来制备纳米晶粉末,所得的粉末的平均晶粒尺寸为45nm。随后将球磨好的粉末封入铝包套内,分别在室温和633K温度下,在真空烧结炉内进行真空热压。然后将烧结后的样品在423K下挤压以进行进一步的致密化处理。结果表明:致密后的冷压样品的晶粒尺寸为180nm,而热压坯的晶粒尺寸为600nm,冷压样品的屈服强度达464MPa;超细晶镁合金的强化机制主要是细晶强化,这主要是由于HCP结构的材料晶粒尺寸对材料的影响更为明显。固化后冷压样品的最终密度为(1.777±0.006)g/cm3,而热压样品的最终密度为(1.800±0.006)g/cm3。

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)。

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。

砂型铸造Mg-9Gd-3Y-0.5Zr合金的线收缩

研究铸件几何特征对砂型铸造Mg-9Gd-3Y-0.5Zr(VW93)合金线收缩的影响。利用3D扫描仪精确提取自由收缩和受阻收缩砂铸件的尺寸,并用于计算收缩系数。引入砂芯体积与铸件包络体积之比(γ)量化砂芯对铸件收缩的约束程度。通过分析自由收缩系数的统计分布和受阻收缩系数随γ的变化规律发现,VW93合金的自由收缩系数为1.96%,受阻收缩系数随γ的增大而线性减小,此关系为根据铸件几何结构预测VW93合金收缩率提供支持。

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。

不同挤压温度下Mg-3Y-1.5Ce-0.5Zr合金的组织与力学性能

对锻态Mg-3Y-1.5Ce-0.5Zr合金进行了不同温度的热挤压试验,通过金相显微镜、拉伸试验、断口形貌观察等手段研究了不同挤压温度(320~380℃)对该合金组织与力学性能的影响。结果表明:Mg-3Y-1.5Ce-0.5Zr合金经过不同温度挤压后,晶粒得到一定程度的细化。随着挤压温度的升高,合金晶粒尺寸先减小后增大,350℃下挤压的合金的晶粒平均尺寸最小,组织均匀性最佳。随着挤压温度的升高,合金的抗拉强度和伸长率均先升高后降低。350℃挤压的Mg-3Y-1.5Ce-0.5Zr合金的抗拉强度和伸长率均达到最大值,分别为276.3 MPa和17.6%。

GPa级高压对Mg-3Al合金凝固组织及性能的影响

利用XRD、SEM、EDS研究了Mg-3Al合金在石墨型铸造(5℃水冷,1 atm(1.01325×105Pa))和高压凝固条件下(2、3 GPa)的凝固组织及性能。结果表明,Mg-3Al合金在不同凝固压力下均由α-Mg组成,但其组织形貌由石墨型铸造的等轴状转变为高压下的枝晶团状;GPa级高压能使Mg-3Al合金中更多的Al溶质固溶到α-Mg基体,同时也可以溶质原子的形式存在于枝晶间和晶界处发生偏聚现象。在3 GPa高压下Mg-3Al合金的抗压强度达到372 MPa,硬度达到46 HV,两者显著高于石墨型铸造Mg-3Al合金的356 MPa和41 HV。

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。

变形条件对Mg-Gd-Y-Nd-Zr合金动态力学行为的影响

采用金相观察、扫描电子显微镜、能谱分析、显微硬度计及分离式霍普金森压杆等手段,研究了峰值时效挤压态Mg-8Gd-3Y-0.5Nd-0.5Zr合金在变形温度及应变速率下的动态冲击力学变形行为。结果表明:合金在220℃/14 h到达峰值时效,其硬度约为143.2 HV,提升了55%左右。在不同的变形温度下均表现出优异的抗冲击性能,在室温及应变速率为3000 s^(-1)条件下合金抗压强度可高达682 MPa;在100℃及应变速率为1500 s^(-1)条件下抗压强度为635 MPa;在400℃及应变速率为3000 s^(-1)条件下抗压强度为583 MPa。合金在不同温度下优异的抗冲击性能主要得益于时效强化相、稳定存在的块状富稀土粒子以及冲击过程中在晶界形成的动态析出相协同强化机制。随着应变速率和变形温度的增大,合金热软化效应增强,合金力学性能有所降低。

电磁搅拌辅助流变挤压铸造Mg-6Gd-3Y镁合金的显微组织和力学性能

通过电磁搅拌制备了Mg-6Gd-3Y(VW63)稀土镁合金半固态浆料,研究了电磁搅拌工艺参数对合金半固态浆料组织的影响,探讨了半固态浆料初生相的形成机理;并对半固态浆料进行了流变挤压铸造成形,研究了压力对流变挤压铸造合金组织和性能的影响。结果表明:电磁搅拌制备VW63合金半固态浆料的最佳工艺参数为浇注温度620℃、搅拌电压350 V、搅拌频率15 Hz,VW63合金半固态浆料的初生相形成机理为枝晶熔断。当压力为120 MPa时,流变挤压铸造合金有着更好的组织与性能,平均晶粒尺寸43.57μm,其屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为119 MPa、156 MPa和6.9%,均优于重力铸造和液态挤压铸造合金。

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。

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%。

固溶态Mg-3Zn-Y-1.5Nd-0.4Zr合金组织演变及力学性能优化

研究了固溶处理(T4处理)对Mg-3Zn-1Y-1.5Nd-0.4Zr合金的组织演变与力学性能的影响。采用X射线衍射,扫面电子显微镜和能谱仪对铸态及固溶态Mg-3Zn-1Y-1.5Nd-0.4Zr合金的微观组织进行分析,采用单轴拉伸测试和显微硬度测试对铸态及固溶态Mg-3Zn-1Y-1.5Nd-0.4Zr合金的力学性能进行测试。结果表明,铸态Mg-3Zn-1Y-1.5Nd-0.4Zr合金晶界处连续的第二相在固溶过程中发生断裂并球化现象,其综合力学性能先增加后减小。Mg-3Zn-1Y-1.5Nd-0.4Zr合金在490℃下保温26 h时力学性能最佳,其极限抗拉强度,屈服强度和伸长率分别为278.20 MPa,226.79 MPa和13.53%。固溶处理过程中,Mg-3Zn-1Y-1.5Nd-0.4Zr合金因为第二相发生球化现象,第二相中溶质元素的溶解产生固溶强化,使固溶态Mg-3Zn-1Y-1.5Nd-0.4Zr合金的综合力学性能得到提高。

Mg-3Li和Mg-3Li-1Sc合金直接化学镀镍工艺研究

选用真空熔炼Mg-3Li和Mg-3Li-1Sc合金为实验材料,在以Ni2SO4为主盐的溶液中对其进行化学镀镍。以主盐和还原剂的配比、施镀温度和时间为变量,进行正交实验,对获得的化学镀镍层进行形貌观察,并用3.5%NaCl水溶液全浸实验评价镀层的耐蚀性。结果表明:主盐与还原剂配比为1∶1时两种合金镀层耐蚀性较高;最优温度与时间为:90℃/3 h(Mg-3Li)和80℃/2 h(Mg-3Li-1Sc)。

Nd和Gd对Mg-3Al合金的细晶行为及影响机理

以Mg-3Al合金为研究对象,基于边-边匹配(E2EM)模型和相图计算,分析Al-X金属间化合物与α-Mg的晶面和原子错配度及其熔点,筛选Mg-Al-X合金中潜在的异质形核物相,探究筛选的Al2Nd和Al2Gd对Mg-3Al合金晶粒尺寸的影响,分析Nd和Gd对Mg-3Al合金物相组成和显微组织的影响,揭示Nd和Gd对Mg-3Al合金的细晶机理。结果表明:添加适量Nd和Gd元素可以有效减小Mg-3Al合金晶粒尺寸,提升合金屈服强度。当分别添加3%Nd、3%Gd(质量分数)后,Mg-3Al合金晶粒尺寸由(145±9)μm分别减小至(81±5)μm、(76±4)μm,分别降低了44%、48%,合金屈服强度由65 MPa提升至76~79 MPa,伸长率可达12.7%~16.5%。其细晶机理为Al2RE(Nd,Gd)颗粒作为α-Mg晶粒的异质形核质点细化晶粒。

高强导电Cu-3Ti-0.1Mg-0.05B-0.05La合金的微观组织与性能

采用真空熔铸和冷开坯工艺,通过优化形变热处理工艺,调控基体晶粒尺寸、第二相的析出及分布状态,制备出综合性能优异的Cu-3Ti-0.1Mg-0.05B-0.05La合金.结果表明,经过400℃/2 h一次时效处理后,Cu-3Ti-0.1Mg-0.05B-0.05La合金的显微硬度可达356 HV,此时导电率为14.5%IACS.透射电镜分析表明,Cu-3Ti-0.1Mg-0.05B-0.05La合金第二相的析出演变规律为富Ti相→颗粒状β′-Cu_(4)Ti相→颗粒状β′-Cu_(4)Ti相+片层状β-Cu_(4)Ti相→片层状β-Cu_(4)Ti相,其中颗粒状β′-Cu_(4)Ti相是最重要的强化相,片层状β-Cu_(4)Ti相会导致合金强度下降,但可以提高导电率.采用二次时效能够进一步优化Cu-3Ti-0.1Mg-0.05B-0.05La合金的综合性能,在合金强度基本不变的条件下,显著提升了合金的导电率.450℃/8 h一次时效+50%冷轧+400℃/1 h二次时效处理后合金的显微硬度和导电率分别达到了341 HV和20.5%IACS.

Sc、Zr复合添加量对Al-6Mg-0.6Mn合金铸态组织的影响

采用冶金法制备了四种不同Sc、Zr添加量的Al-6Mg-0.6Mn合金铸锭,利用金相显微镜、SEM及EBSD等手段研究了Sc、Zr添加量对合金铸态组织的影响。结果表明:在Al-6Mg-0.6Mn合金中添加w(Sc)=0.15%和w(Zr)=0.10%的Sc、Zr即可消除铸态枝晶网,获得明显细化的铸态组织;熔铸中粗大的Al3(ScZr)粒子不能起到细化晶粒的作用,反而恶化合金组织,进而对力学性能产生不利影响,应该严格加以控制。

固溶温度对Mg-6Sn-3Al-Zn合金的组织和力学性能的影响

Mg-6Sn-3Al-Zn合金分别在300℃、350℃、400℃、450℃下固溶8h,利用金相显微镜(OM),X射线衍射仪(XRD)等检测手段进行微观组织分析,利用万能测试机测定力学性能。结果表明,铸态Mg-6Sn-3Al-Zn合金主要由α-Mg基体、Mg_2Sn相组成,当固溶温度从300℃增加到400℃时,铸态Mg-6Sn-3Al-Zn合金组织中的Mg_2Sn相逐渐变得粗大,抗拉强度,屈服强度增强,由于析出相Mg_2Sn是硬淬相,因此在300℃到400℃之间,延伸率上升并不明显,450℃固溶8h,固溶效果好,Mg_2Sn相基本固溶到α-Mg基体当中,Mg2Sn相变得细小并呈弥散分布,导致延伸率快速升高,而力学性能由抗拉强度和屈服强度决定,弥散分布恰好能弥补这一缺陷。

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。