Mg-5Sn系镁合金研究进展

综述了Mg-5Sn系镁合金的研究现状,分析了合金元素种类及其含量与成型工艺对Mg-5Sn合金的微观组织、物相组成、力学性能和蠕变性能的影响规律与作用机制,讨论了Mg-5Sn合金的优势与存在的问题,为Mg-5Sn系镁合金的发展提供思路。

Mn对Mg-2Sn镁合金显微组织和力学性能的影响

研究微量Mn元素对Mg-2Sn铸态和挤压态合金力学性能提升机制。采用铸造和热挤压方法将质量分数为0.3%、0.5%和1.0%的Mn元素添加到Mg-2Sn镁合金中,分别获得铸态和挤压态两种合金。采用电子万能材料试验机研究其力学性能;利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和电子背散射衍射(EBSD)研究其微观组织变化规律。随着Mn含量从0.3%增加到1.0%,铸态合金中第二相由Mg 2 Sn相向Mg 2 Sn与α-Mn相共存转变。第二相的转变使得铸态合金屈服强度和抗拉强度显著提升,延伸率变化不大,其中当Mn含量为0.5%时,其综合性能最佳,抗拉强度为210.3 MPa,屈服强度为117.5 MPa,延伸率为12.2%。挤压态合金随着Mn含量的增加,合金抗拉强度和屈服强度均增加,但延伸率降低,这可能与高Mn含量的合金形成较高的位错有关,其中挤压态Mg-2Sn-0.5Mn合金具有最佳的综合力学性能,抗拉强度为240.4 MPa,屈服强度为186.4 MPa,延伸率为13.1%。微量Mn元素可显著提升铸态和挤压态合金的抗拉强度和屈服强度,其中Mg-2Sn-0.5Mn合金综合力学性能最优。

热轧Mg-5Sn-Si-0.9Sb镁合金的组织与性能

对Mg-5Sn-Si-0.9Sb镁合金进行了轧制温度370℃、压下量10%的多道次单向轧制,轧制后对合金进行了固溶+时效处理。研究了热轧和热处理后的Mg-5Sn-Si-0.9Sb镁合金的组织与性能。结果表明,轧制合金随道次增加析出第二相增多,尺寸减小,初生Mg_(2)Si相多边形尖角逐渐钝化、破碎为类似于球状的多边形。合金显微组织中发现Mg_(3)Sb_(2)相与Mg_(2)Si相存在依附生长的现象,成分中Sb抑制Mg_(2)Si相生长。经过轧制后形成新的含Sb-Mg_(2)(Si_(x)Sn_(1-x))相。经4道次轧制后,发生了完全动态再结晶,晶粒细化为15~20μm。铸态合金抗拉强度为106.1 MPa,断后伸长率为7.8%。经轧制和T6热处理后,材料性能显著提高,合金抗拉强度提高到213.8 MPa,断后伸长率提高到11.6%。

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-5Sn-2.5Pb镁合金的热变形行为及加工图

采用Gleeble-3500热模拟试验机研究Mg-5Sn-2.5Pb镁合金在变形温度250~450℃、应变速率为0.001~10 s^(-1)条件下的热压缩变形行为,并基于动态材料模型(DMM)建立了Mg-5Sn-2.5Pb镁合金在应变为0.6时的热加工图。结果表明,Mg-5Sn-2.5Pb镁合金的高温流变应力对应变速率和温度的变化敏感,随变形温度的降低和应变速率的增大而增大;Mg-5Sn-2.5Pb镁合金的最佳加工区域:变形温度为375~450℃、应变速率为0.01~0.3 s^(-1)。在此区域Mg-5Sn-2.5Pb镁合金的显微组织为动态再结晶组织。

Mg-6Al-5Sn-0.3Ce镁合金的离心铸造工艺优化

采用不同的离心铸造工艺参数对Mg-6Al-5Sn-0.3Ce镁合金进行了铸造,研究了旋转速度和离心力保持时间对合金显微组织和腐蚀性能的影响。结果表明:随旋转速度和离心力保持时间的增加,样品的平均晶粒尺寸先减小后增大,腐蚀电位先正移后负移,耐腐蚀性能先提升后下降。在1700 r/min旋转速度下保持时间5 min,合金的平均晶粒尺寸最小,腐蚀电位最正。Mg-6Al-5Sn-0.3Ce镁合金的离心铸造工艺参数优选为:1700 r/min旋转速度、5min离心力保持时间。在这个条件下,合金的平均晶粒尺寸为23μm,腐蚀电位为-0.891 V。

Zr含量对Mg-5Zn-2Al镁合金组织与性能的影响

采用光学显微镜及拉伸试验机等手段,研究了Zr含量对Mg-5Zn-2Al合金铸态和热处理后显微组织及力学性能的影响。结果表明,Zr的加入使Mg-5Zn-2Al镁合金的铸态和热处理后的晶粒得到明显的细化。在铸态及热处理条件下,合金的抗拉强度与伸长率均呈现先上升后下降的变化趋势。对于铸态合金而言,Zr含量为0.6%时,Mg-5Zn-2Al合金的晶粒最为细小,并且其抗拉强度与伸长率均达到最大值,为215MPa和12.563%。经热处理后,合金的抗拉强度较铸态得到了显著地提高。当Zr含量为0.6%时,合金的抗拉强度达到最大,为249MPa。

Al5TiB对Mg-8Zn-4Al-0.3Mn镁合金阻尼性能的影响

研究了变质剂Al5TiB对Mg-8Zn-4Al-0.3Mn镁合金阻尼性能的影响。结果表明:Al5TiB的加入显著细化了Mg-8Zn-4Al-0.3Mn镁合金晶粒,增大了界面面积,提高了合金的界面阻尼。但是,Al5TiB的加入又促进了Al、Zn原子向基体中的扩散,降低了合金的位错阻尼。加入变质剂Al5TiB后Mg-8Zn-4Al-0.3Mn镁合金的阻尼机制主要是界面阻尼和位错阻尼。二者迭加的结果决定了ZA84镁合金的宏观阻尼行为。

电参数对Mg-7Gd-5Y-1.5Nd-0.5Zr镁合金微弧氧化膜的影响

针对Mg-7Gd-5Y-1.5Nd-0.5Zr高强耐热镁合金,采用微弧氧化工艺制备了表面防护层,研究了电流密度、电压、频率以及占空比等电参数对膜层厚度及形态的影响规律.研究表明,电压对氧化膜厚度影响显著,电流密度对氧化膜厚度有影响但不显著,占空比和频率对氧化膜厚度影响较小.随着电流及电压的增加,膜层表面微孔的尺寸逐渐增大;随频率和占空比的增加,膜层表面微孔的尺寸先增大后减小.

Mg-2.5Nd-1Cd-0.6Zr-0.4Zn镁合金的力学性能和阻尼性能

研究了铸态和固溶态下Mg-2.5Nd-1Cd-0.6Zr-0.4Zn镁合金的力学性能及阻尼行为。结果表明,固溶处理提高了合金抗拉强度、伸长率。室温下,铸态和固溶态合金的应变无关阻尼性能相当。该合金其应变相关阻尼随应变振幅的增大而增大,且固溶态的阻尼明显高于铸态的。合金的阻尼行为可采用Granato-Lucke位错阻尼理论解释。

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。

时效对Mg-6Zn-0.7Zr-0.5Cd-1.5Nd镁合金组织及性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜及力学性能等测试手段,研究了时效处理对Mg-6Zn-0.7Zr-0.5Cd-1.5Nd镁合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:Mg-6Zn-0.7Zr-0.5Cd-1.5Nd合金挤压后经T5处理后有球状的第二相粒子析出,使合金硬度和强度明显提高;经T5处理后合金的第二相有富集的趋势,使得耐蚀性能略有下降。

Mg-6Al-4Sn镁合金挤压温度的模糊PID控制

在镁合金的挤压过程中,挤压温度控制是极其重要的部分。本文采用常规挤压和模糊PID控制挤压分别进行了Mg-6Al-4Sn镁合金的力学性能和显微组织的测试和分析。结果表明:与常规挤压相比,基于模糊PID控制挤压的试样抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别增大了24 MPa、44 MPa、0.4%,强度和显微组织得到改善和提高。

Ca含量对Mg-5Al-10Zn-xCa镁合金组织与力学性能的影响

采用重力铸造法制备了Mg-5Al-10Zn-xCa(x=0,0.25,0.5,0.75,1.0,1.25,1.5,质量分数,%)镁合金。通过X射线衍射仪、光学显微镜和扫描电镜等研究了Ca含量对合金组织与力学性能的影响。结果表明:铸态Mg-5Al-10Zn-xCa合金主要由α-Mg基体、β-Mg17Al12、Mg32(Al,Zn)49、MgZn2和Al2Ca相组成。当Ca含量从0.25%增加到1.25%时,β-Mg17Al12相由粗大的网状转变为细小的网状分布于晶界上,基体晶粒显著细化,此时合金的室温抗拉强度达到最大值157 MPa,较未加Ca时提高了49.5%;Ca含量继续增加至1.5%,晶粒及β-Mg17Al12相又发生粗化,抗拉强度发生下降;拉伸断裂形式均为准解理脆性断裂。

挤锻复合成形Mg-4Al-2Sn镁合金的组织及性能研究

采用不同的挤压温度和锻压温度对新型含锡镁合金Mg-4Al-2Sn试样进行了挤锻复合成形试验,并进行了显微组织和力学性能的测试、对比和分析。结果表明:随挤压温度和锻压温度的升高,试样的晶粒先细化后粗化,抗拉强度、屈服强度先增大后减小,组织改善。在350℃挤压然后380℃锻压的试样抗拉强度、屈服强度最大,分别为325、230 MPa。

Mg-5Sn-1Si铸态合金的相组成及其演化过程分析

以Mg-5Sn-1Si铸态合金为研究对象,分析了合金的相组成及其演化过程。结果表明:Mg-Sn-Si合金中有五种相,分别是基体α-Mg,二元相Mg_2Si、Mg_2Sn,三元相Mg_2(Si,Sn)、Mg_2(Sn,Si);Sn对改善Mg_2Si的汉字状结构有关键作用,Sn含量增加会引起Mg_2(Si,Sn)或Mg_2(Sn,Si)相的数量增加;高温下合金以Mg_2Si为母体,生成Si含量较高的Mg_2(Si,Sn)复合相,低温下合金以Mg_2Sn为母体,生成Sn含量较高的Mg_2(Sn,Si)复合相。

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。

热处理对Mg-5Zn2Al镁合金组织及性能的影响

采用金相显微镜、电子万能试验机、扫描电镜等研究了热处理对Mg-5Zn2Al镁合金组织及性能的影响。结果表明:试验合金在经过320℃固溶36h,175℃时效16h后的合金的晶粒尺寸明显增大,晶界却变得细小,晶界上析出物明显增多,而且合金经过热处理之后,该成分合金的抗拉强度达到最大243MPa,伸长率达11.3%,使铸态下的Mg-5Zn2Al镁合金相比综合力学性能得到了显著的提高。

Mg_(2)Sn对镁合金耐腐蚀性能影响的计算分析与验证

目的 从计算角度分析镁合金中的主要析出相Mg_(2)Sn对ZA系镁合金耐蚀性能的影响,并采用试验测试的方法对其进行验证。方法 利用第一性原理计算方法对Mg_(2)Sn的表面能与功函数进行计算,通过与构建的Mg基体以及Zn、Al掺杂的Mg表面的表面能、功函数进行对比分析,分析Mg_(2)Sn对ZA系镁合金耐蚀性能的影响。为了验证计算结果,制备Mg-5Zn-3Al-0Sn合金以及Mg-5Zn-3Al-3Sn合金,通过电化学实验对2种合金的耐蚀性能进行对比分析,研究Mg_(2)Sn对ZA系镁合金耐蚀性能的影响。结果 计算了Mg基体表面能与功函数,与其他成果计算结果的符合程度较好。对Mg_(2)Sn不同表面的功函数进行计算,通过与Mg、Mg-Zn、Mg-Al表面的计算结果进行对比,发现Mg_(2)Sn的功函数均要更高。XRD测试结果表明,制备的Mg-5Zn-3Al-3Sn合金中有明显的Mg_(2)Sn相。电化学测试结果表明,Mg-5Zn-3Al-0Sn的耐蚀性能要好于Mg-5Zn-3Al-3Sn的耐蚀性能。结论 通过第一性原理计算发现,Mg_(2)Sn的功函数高于Mg基体表面的功函数,说明在合金中易发生微电偶腐蚀,Mg_(2)Sn充当阴极相促进Mg基体的腐蚀。电化学测试结果说明,当合金中存在明显的Mg_(2)Sn相时,合金的耐蚀性能降低,腐蚀电位达到-1.21 V。

均匀化处理对铸态Mg-3.0Zn-0.5Zr镁合金组织与性能的影响

实验研究了均匀化处理对Mg-3.0Zn-0.5Zr镁合金组织和性能的影响。借助光学显微镜、扫描电镜等技术手段对铸态和均匀化退火后合金的微观组织和室温拉伸断口进行了观测。结果表明,铸态试样经400℃×16h均匀化处理后,铸态组织中的合金相发生了转变,枝晶偏析程度和粗大组织有所减小、明显改善合金的组织结构和性能。