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。

Zr含量对Mg-4Zn-xZr合金显微组织及阻尼性能的影响

目的为探究Zr含量变化对铸态Mg-4Zn-xZr(x=0.3,0.6,0.9,x表示质量分数,%)合金显微组织、力学性能和阻尼性能的影响。方法通过扫描电镜(SEM)分析其显微组织变化,动态热分析仪(DMA)探究其高温及常温阻尼性能,X射线衍射仪(XRD)分析其物相,电子万能试验机进行力学性能测试。结果Zr的质量分数由0.3%增至0.9%时,Mg-4Zn-xZr合金的平均晶粒尺寸分别为121、108、83μm,第二相分别为岛屿状的MgZn、长条状的MgZn_(2)和细小颗粒状的Mg7Zn3。在低温区,3种合金均存在阻尼峰P1,临界应变振幅点ε0.1的阻尼值Q-1分别为0.061、0.044和0.023;在高温区,存在阻尼峰P2。随着Zr含量的增加,Mg-4Zn-xZr合金的抗拉强度由182 MPa提升至207 MPa,伸长率由15%下降至10.1%。结论随着Zr含量的增加,合金中产生新的形核中心,晶粒发生细化,晶粒低位错储存能力提高,抗拉强度上升,塑性和阻尼性能下降。低温区P1峰为晶界阻尼峰,具有热激活弛豫特征;高温区P2峰为晶界型阻尼峰和微塑性型阻尼峰的叠加。

挤压态Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金摩擦磨损行为研究

镁合金是目前工程应用中最轻的结构金属,广泛应用于航空航天与国防军工等制造领域,铸造镁合金由于性能劣势难以应用于重要结构件,塑性变形可以显著细化镁合金晶粒,提高合金综合力学性能。研究发现通过变形调控合金第二相体积分数/尺寸/分布规律、再结晶比例以及晶粒尺寸,可以在提高合金拉伸性能的同时提升合金的耐磨性,这为拓宽镁合金的应用提供了新途径。实验研究了Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金经过正挤压-双向转角挤压后的不同位置组织演变特征,并分析了变形合金在不同载荷(10、20、30 N)下的摩擦磨损行为,结果表明:随着载荷增大,变形合金的平均摩擦系数降低;施加载荷相同时,合金的平均摩擦系数值与再结晶程度成正比,磨损量随再结晶比率增大而减少;在摩擦磨损实验中,所有样品均发生氧化磨损和磨料磨损,低载荷下发生轻微的划痕和磨损痕迹,随着载荷增加,出现明显的表面剥落和脱落现象;实验中由于载荷和摩擦力的作用,长周期堆垛有序相(LPSO)颗粒与镁基体间发生相对滑动或剪切,这种相互作用导致LPSO相颗粒剥离和表面颗粒脱落。

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%。

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。

高强耐热Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金的性能

对Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金的组织、力学性能、焊接性能和腐蚀性能进行研究。结果表明:该合金是一种高强、耐热、易焊接和耐腐蚀的新型镁稀土合金,在不同温度下其力学性能都明显优于HM31,HK31和WE54的力学性能,在-196,25,250,300和350℃时的抗拉强度分别达到521,370,348,262和150 MPa,其耐热温度可达到350℃,焊接强度系数为0.74;在3.5%NaCl溶液中该合金挤压T5态的室温腐蚀电流仅为AZ91-T5态的1/10和ZK60-T5态的1/23。

Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr镁合金热变形行为与加工图

在Gleeble-1500热/力模拟机上,对Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr镁合金进行高温压缩试验,压缩时设定应变速率范围为0.001～1 s-1,温度范围为623～773 K,最大真应变为1.3;研究该合金高温变形时流变应力与应变速率、变形温度之间的关系及变形过程中的微观组织演化;计算塑性变形表观激活能及相应的应力指数;建立该合金的加工图。结果表明:在该合金的加工图中,功率耗散系数η随应变速率的降低及温度的升高而不断增加,失稳区域随应变量的增加而扩大;综合得出该合金的最佳实际变形工艺为温度723～773 K、应变速率0.1～1 s-1。

挤压温度对Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金组织与力学性能的影响

为提高Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金的强度,研究了不同温度下的挤压组织对合金力学性能的影响。结果表明,随着挤压温度从500℃降低到400℃,其晶粒度也从126μm细化到7.4μm,抗拉强度和延伸率分别从200.1MPa和2.93%提高到312.4 MPa和5.6%。通过力学性能和晶粒尺寸之间的关系计算出该合金的Hall-Petch常数Ky为327.6 MPa.μm1/2,明显高于纯镁及常规镁合金的Ky。大量稀土元素的固溶及其第二相粒子对晶界和位错运动的阻碍作用是合金Ky值较高的主要原因。

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.

时效对Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr镁合金强度和耐蚀性的影响

为获得高强耐蚀的Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr合金,采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和电化学方法等分析了时效工艺对该合金强度和耐蚀性的影响。结果表明峰值时效合金强度很高但耐蚀性差,晶界析出相粗大且分布连续,在腐蚀溶液中镁合金由于析氢,晶界处很容易形成腐蚀通道。同时纳米尺寸的析出相和镁基体微电偶腐蚀很严重。过时效状态合金强度变化不大但耐蚀性显著增强,过时效样品晶内析出相粗大,晶界析出相分布不连续,腐蚀产物在其表面堆积导致腐蚀通道被堵塞,从而使合金耐蚀性显著提高。

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.

时效对Mg-9Gd-4Y-0.6Zr挤压合金组织与性能的影响

文章研究了对Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金在时效过程中的微观组织。在225℃时效初期硬度缓慢上升,之后硬度急剧上升,24 h出现了明显的时效硬化峰,然后硬度开始下降。微观结构的分析结果表明,在初期(2 h)产生了大量弥散分布的具有DO19结构的β″,而在峰值时(24 h)出现具有bco的β′,在持续时效(384 h)时出现亚稳相β1,而在后来的长时间时效(1 000 h)时出现β1在原位转变的平衡相β。

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。

时效对Mg-7Gd-4Y-0.6Zn-0.6Zr合金显微组织及硬度的影响

为了提高Mg合金的强韧性和抗高温性能.文中通过显微硬度测试、差示扫描量热仪及透射电镜分析,研究了挤压Mg-7Gd-4Y-0.6Zn-0.6Zr系镁合金的显微硬度及时效析出相的结构.结果表明:钆的添加增强了Mg-Gd-Y合金的时效硬化效果,对合金时效硬化的总体规律无明显影响.透射电镜分析发现具有DO19超点阵的β″和斜方晶体β′相在合金时效硬化阶段析出,提高了合金硬度.在时效后期由于粗大的针片状1β相析出,使合金硬度下降.

铸态Mg-9Gd-4Y-xZn-0.5Zr合金组织和力学性能

采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、能谱分析仪以及拉伸试验机,研究了Zn对铸态Mg-9Gd-4Y-xZn-0.5Zr（x=0,0.5 1.0,1.5,2.0）合金组织和力学性能的影响。结果表明：铸态Mg-9Gd-4Y-0.5Zr合金显微组织由基体α-Mg和共晶相Mg5（Gd,Y）组成。加入Zn元素后,合金组织中出现Mg5（Gd,Y,Zn）相和Mg12Zn（Gd,Y）相,分布于晶界或晶内。当Zn含量为1%时,合金组织得到明显细化,第二相分布均匀,力学性能显著提升。此时,合金抗拉强度和屈服强度到达最大值,分别为209.72 MPa和172.69 MPa。随着Zn含量进一步增加,合金组织粗化,第二相含量迅速增加且沿晶界逐渐呈网状分布并逐渐向晶内深入,合金强度也明显降低。

Zn含量对Mg-9Gd-4Y-xZn-0.5Zr合金组织和力学性能的影响

采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、能谱分析仪、透射电镜以及拉伸试验机,研究Zn含量对时效态Mg-9Gd-4Yx Zn-0.5Zr（x=0,0.5,1.0,1.5,2.0）合金组织和力学性能的影响。结果表明：时效态Mg-9Gd-4Y-0.5Zr合金显微组织由基体α-Mg和共晶相Mg5（Gd,Y）组成。加入Zn元素后,合金组织中出现Mg5（Gd,Y,Zn）相和Mg12Zn（Gd,Y）相,分布于晶界或晶内。当Zn含量为1%以下时,合金组织得到明显细化,第二相分布均匀,力学性能显著提升。当Zn含量达到1%时,合金抗拉强度和屈服强度到达最大值,分别为279.4 MPa和220 MPa。随着Zn含量进一步增加,合金组织粗化,第二相含量迅速增加且沿晶界逐渐呈网状分布并逐渐向晶内深入,合金强度也明显降低。

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-5Gd-4Y-0.3Zr合金组织和力学性能研究

目的研究均匀化、挤压及时效热处理对Mg-5Gd-4Y-0.3Zr合金组织和力学性能的影响。方法制备了Mg-5Gd-4Y-0.3Zr合金铸棒,并进行了均匀化处理和热挤压处理。对不同状态的试样进行了拉伸试验,观察了金相显微组织,采用X射线衍射方法进行了结构分析。结果铸态合金组织主要由α-Mg基体和第二相Mg5(Gd,Y)组成;经过均匀化处理后,合金的第二相发生了完全回溶,合金的力学性能得到了提升;合金经挤压后,组织得到了明显细化,在200℃保温60 h得到了强度的最大值,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为423.0 MPa,335.0 MPa与9.0%。结论Mg-5Gd-4Y-0.3Zr合金既保证了低成本,又具有优良的力学性能,适合推广应用。