固溶处理对Mg-4Y-2Nd-1Gd-0.4Zr镁合金组织和性能的影响

通过金相观察、X射线衍射、扫描电镜和拉伸性能测试等方法,研究了不同固溶处理工艺对砂型铸造Mg-4Y-2Nd-1Gd-0.4Zr镁合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:合金铸态组织主要由α-Mg基体和共晶Mg24 Y5相组成,共晶相区域存在少量的方块相;固溶处理后,合金中方块相明显增多,且主要分布在晶界处;525℃×8 h为合金的最佳固溶工艺;铸态与固溶态合金的室温拉伸断裂方式有所不同,铸态合金总体呈准解理断裂,而525℃×8 h固溶处理后则为典型的穿晶解理断裂方式。

Effect of heat treatment on microstructures and mechanical properties of sand-cast Mg-4Y-2Nd-1Gd-0.4Zr magnesium alloy

Influence of heat treatment on the microstructures and mechanical properties of sand-cast Mg-4Y-2Nd-1Gd-0.4Zr magnesium alloy was investigated,and the tensile fracture mechanisms of the studied alloys under different conditions were also discussed.The results show that the optimum T4 and T6 heat treatment conditions for the as-cast Mg-4Y-2Nd-1Gd-0.4Zr alloy are 525°C,8 h and（525°C,8 h）＋（225°C,16 h）,respectively,with regard to the microstructure observation,DSC heating curve and mechanical properties.The hardness,yield strength,ultimate tensile strength and elongation of the Mg-4Y-2Nd-1Gd-0.4Zr alloy treated by optimum T6 heat treatment are HV91,180 MPa,297 MPa and 7.4%,respectively.Moreover,the Mg-4Y-2Nd-1Gd-0.4Zr alloys under different heat treatment conditions exhibit different tensile fracture modes.

Mg-4Y-2.5Nd-0.6Zr合金微观组织及力学特性的研究

利用光学显微镜、XRD衍射分析仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、万能拉伸试验机等仪器设备研究了Mg-4Y-2.5Nd-0.6Zr合金铸态、固溶态和峰时效态的微观组织、室温和高温力学特性及断裂行为。结果表明:合金的铸态组织主要由α-Mg、Mg41Nd5和Mg24Y5组成;经固溶处理,共晶组织完全溶入基体,仅残余方块相Mg24Y5;再经时效处理,晶内弥散析出大量β″和β′相,有效强化了合金,对应的室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为292、215 MPa和4%;随着拉伸温度的提高,峰时效态合金的强度逐渐降低、伸长率逐渐增加,室温断裂类型为解理断裂,而250℃的断裂方式表现为准解理断裂。

时效态Mg-4Y-2Sm-xGd-0.5Zr合金组织与力学性能

采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜对时效态Mg-4Y-2Sm-xGd-0.5Zr(x=0, 0.5, 1, 1.5 mass%)合金进行了微观组织及物相分析,并采用拉伸实验机在室温至250℃下对其进行了力学性能测试。结果表明:时效态Mg-4Y-2Sm-0.5Zr合金组织主要由α-Mg基体与Mg24Y5和Mg41Sm5析出相组成;加入Gd元素后,合金组织中有新相Mg5Gd形成;随着Gd添加量的增加,Mg5Gd析出相的数量增加,合金的晶粒得到细化;同一温度拉伸时,合金的抗拉强度在Gd添加量为1.0 mass%时达到峰值,其中室温拉伸时含1.0 mass%Gd的合金的抗拉强度为223.6 MPa;同一成分合金的抗拉强度随着拉伸温度的升高呈逐渐降低的趋势;室温拉伸时合金的伸长率在Gd添加量为0.5 mass%时最高,为15.13%;在150~250℃时高温拉伸时,伸长率在Gd添加量为1.0 mass%时达到峰值,并且比较稳定;加入Gd元素后的合金在150~250℃时具有良好的耐高温性能和热稳定性。

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。

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。

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%。

Gd对铸态Mg-4Y-2Sm-0.5Zr合金组织与性能的影响

采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等仪器对铸态Mg-4Y-2Sm-xGd-0.5Zr(x=0、1、2、3)合金进行了微观组织及物相分析,同时用拉伸试验机对其进行了力学性能测试。研究结果表明:铸态Mg-4Y-2Sm-0.5Zr合金组织由α-Mg基体、第二相Mg24Y5和Mg41Sm5组成;随着稀土元素Gd的加入,合金组织中有Mg5Gd相生成;Gd含量为1%时,Mg-4Y-2Sm-1Gd-0.5Zr合金中的第二相分布均匀,晶粒得到细化,综合力学性能达到峰值,抗拉强度为203 MPa,伸长率为12.68%,与Mg-4Y-2Sm-0.5Zr合金相比分别提高了50 MPa,8.46%。随着Gd元素含量的增加,第二相增多且主要沿晶界逐渐呈连续网状析出,力学性能下降。适量Gd元素的加入可以显著改善Mg-4Y-2Sm-0.5Zr合金的力学性能和伸长率,过量Gd元素的加入则会降低合金的综合力学性能。

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。

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稀土镁合金多道次挤压微观组织演变与力学性能

为探究异形箱体在成形过程中加热次数对材料的影响,以Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr大塑性变形稀土镁合金为原料,进行杯形件单道次和等温多道次成形试验,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪和万能材料试验机等检测手段分析各个变形过程中合金微观组织和力学性能的变化。结果表明:经过单道次成形的杯形件晶粒尺寸较小且LPSO相分布均匀,对位错运动起到了较强的阻碍作用。且该合金的极限抗拉强度、拉伸屈服强度及伸长率都达到最大值,分别为272.64 MPa、160.03 MPa和8.3%,综合力学性能较高。

不同挤压态组织对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金时效行为的影响

通过控制热挤压变形量获得3种不同挤压态组织的Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金,然后对其进行T5时效处理。利用金相显微镜观测其金相组织和晶粒尺寸,并进行硬度和室温拉伸试验,研究不同挤压态组织对合金时效行为的影响。结果表明,初始挤压态晶粒尺寸是影响时效过程试样晶粒尺寸的主要因素;时效过程中不同挤压态组织第二相的析出快慢不同,变形量小的挤压态组织,第二相析出快;初始挤压态组织会对时效后合金的力学性能产生影响。

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-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。

T5热处理对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr镁合金高温硬度和组织的影响

对变形后的Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金进行时效处理实验,研究了不同时效时间和工作温度(测试温度)对合金组织和硬度的影响。结果表明,该合金225℃下时效处理最优时效时间为12 h,最高硬度为128 HV;当工作温度变化,其硬度达到峰值的时效时间相同;工作温度在时效温度以下时,合金的高温硬度有较好稳定性,仅降低4〜9 HV,当工作温度超过时效温度时,合金的高温硬度明显下降,降低约24〜30 HV。

Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr镁合金高温热压缩变形研究

采用Gleeble-3500热模拟机对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr镁合金高温热压缩变形进行了研究试验,变形温度为350℃,变形速率为0.001~0.1s^(-1),获得了等温热压缩变形过程中的流变应力-应变关系曲线。对比分析了压缩变形后的组织和硬度,得到了该温度下不同应变速率对材料组织和硬度的影响规律。结果表明,该合金在350℃变形温度下,显微组织很相近;但是峰值应力和合金硬度均随着应变速率的增大而增大。

Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的高温热压缩变形

采用Gleeble-3500热模拟机对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金进行高温热压缩变形,研究分析了材料的微观组织和流变应力-应变关系曲线并进行线性拟合,建立相应的热变形本构关系,并分析其变形规律。结果表明,变形组织很大程度上继承了铸态均匀化组织的形貌;温度越高,越早达到峰值应力,流变应力值与峰值应力值之间的差值也越小;且稳态应力值随之越小。本构方程为ε·=5.314 5×10^(16)[sinh(0.009 717σ)]^(5.401 38)exp[-253.927/(RT)]。

固溶参数对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.6Zr合金组织及性能的影响

以高稀土含量Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.6Zr合金为研究对象,通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、电子背散射衍射(EBSD)和维氏硬度(HV)等测试方法,研究了固溶参数对该合金微观组织及显微硬度演变的影响规律。结果表明:固溶态组织中主要存在有沿晶界分布的块状14HLPSO相和随机分布于基体上的方块状富(Gd,Y)相,而不规则状Mg(Gd,Y)Zn相仅在520℃固溶时从14H-LPSO相内部析出。随着固溶温度的升高,14H-LPSO相的体积分数逐渐降低,并且在520℃固溶时该相的溶解度最大,其占比下降到13.47%。随着固溶时间的延长,14H-LPSO相体积分数在4 h时有明显降低,由初态的32.12%下降至13.87%,之后其占比基本保持不变;同时,随着固溶温度的升高和固溶时间的延长,合金晶粒尺寸逐渐增大。对于同一固溶时间,在520℃×10 h时增幅最大,增幅为400%;对于同一固溶温度,在520℃×16 h时增幅最大,增幅为520%。此外,随着固溶温度的升高和固溶时间的延长,(0001)基面织构极密度值从初态的5.97减小到520℃×16 h的3.90,呈弱化的趋势;合金的显微硬度值则呈现出先降低后升高的趋势,480℃×10 h时显微硬度值最小为HV 79。

固溶处理冷却介质温度对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金时效组织及硬度的影响

以高稀土含量Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr镁合金为研究对象利用SEM、EBSD和硬度等测试方法,研究不同固溶处理参数下,固溶处理冷却介质温度对合金时效组织和硬度的影响规律。试验结果表明,合金在520℃×24h固溶处理条件下,其冷却介质温度对硬度及组织的影响最为显著,随着固溶冷却介质温度降低,硬度值逐渐增大。同时,固溶冷却介质温度越低,点状Mg5(Gd,Y)相和片层相在时效中析出的数量越多。当固溶冷却介质温度较高时,时效过程中则以针状Mg5(Gd,Y)相析出为主且层错相析出较少。此外,由于在低温或短时固溶处理下,合金的晶粒尺寸变化较小,在后续时效过程中细晶强化作用高于析出强化,所以合金的固溶冷却介质温度对时效组织及硬度影响较弱。