冷却速度对Mg-5Zn-1Y-0.6Zr合金组织和性能的影响

采用快速凝固技术制备Mg-5Zn-1Y-0.6Zr合金,用XRD、SEM、HRTEM、显微硬度测量等分析方法研究其凝固组织和性能。结果表明,合金由α-Mg固溶体、晶界处不连续分布的I(Mg3Zn6Y)准晶相和非晶相组成。根据热传导理论,采用一维傅立叶热传导方程计算了合金的冷却速度。冷却速度的提高使得晶粒细化、成分均匀、非晶相含量增多。硬度(HV)随冷速的提高显著增大,最大值为167.23,是普通凝固合金的2.2倍。

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-10Gd-4.8Y-2Zn-0.6Zr合金本构方程模型及加工图

采用Gleeble-1500热模拟实验机在温度为623～773 K,应变速率为0.001～1 s-1条件下对Mg-10Gd-4.8Y-2Zn-0.6Zr(wt%)合金进行热压缩实验,研究了该合金热变形行为及热加工特征,建立了该合金热变形时的本构方程和加工图。结果表明,该合金高温变形时的峰值应力随着应变速率的降低和变形温度的升高而显著减小;变形激活能为289.36 kJ/mol;合金高温变形时存在两个失稳区,分别是变形温度为770～773 K,应变速率为0.1 s-1左右的区域,和变形温度小于750 K,应变速率小于0.03s-1的区域;合金的最佳热加工温度为750～773 K,应变速率为0.001～0.01 s-1。

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.

Mg-11Y-5Gd-2Zn-0.5Zr(wt.%)合金的显微组织和力学性能

采用光学显微镜(OM)、带能谱分析(EDAX)的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等方法对Mg-11Y-5Gd-2Zn-0.5Zr(WGZ115)合金的原始铸态(F态)、固溶处理态(T4态)和峰值时效态(T6态)的组织结构进行了分析。研究表明:F态WGZ115合金主要由基体(-αMg)、晶间共晶相(Mg24(YGdZn)5)和长周期结构相(Mg12Y1Zn1)组成。T4态WGZ115合金主要由基体相(-αMg)、长周期结构相(Mg12Y1Zn1)和少量分布于晶界附近的方块相(Mg-Y-Gd方块相)组成。T6态WGZ115合金的形貌与T4态相似,圆形的富Zr相始终存在于三种状态的合金中。通过不同温度下的拉伸实验发现T4态WGZ115合金的抗拉强度和塑性好于F态合金。而T6态合金的力学性能最好,在200℃时抗拉强度达到最大值341.1MPa。

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。

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。

固溶时间对Mg-2Zn-1Y-0.5Zr合金组织与腐蚀性能的影响

通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、浸泡测试和电化学测试等研究了Mg-2Zn-1Y-0.5Zr合金在490℃固溶4~14 h后的微观组织和腐蚀性能。结果表明:随着固溶时间的延长,合金的晶粒尺寸逐渐由98.19μm增大到142.90μm,合金中的第二相逐渐溶解,第二相体积分数由1.33%降到0.02%,大幅降低了第二相与合金基体之间因腐蚀电位不同而引起的微电偶腐蚀;在490℃固溶处理8 h时后,合金的腐蚀速率为0.414 mm/y,自腐蚀电位为-1.525 V,自腐蚀电流密度为3.327μA/cm^(2),耐蚀性能最好。

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。

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.

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.

稀土Gd对Mg-5Zn-0.6Zr镁合金铸态组织与力学性能的影响

利用光学显微镜、扫描电子显微镜和力学性能测试等手段,研究稀土Gd对Mg-5Zn-0.6Zr镁合金铸态组织和力学性能的影响。结果表明:Mg-5Zn-0.6Zr合金铸态组织由α-Mg和MgZn_2等合金相组成。添加稀土Gd后,合金中的粗大网状MgZn_2相得到了显著细化。当稀土Gd的添加量为1.0%时,合金的力学性能达到最优值,其极限抗拉强度和伸长率分别为223 MPa和7.6%。稀土Gd有效细化合金组织,在合金中生成2~5μm细小弥散分布的MgZnGd金属间化合物有效地阻碍位错运动,从而显著改善合金的力学性能。

挤压速度对Mg-2Y-1Zn-0.4Zr合金组织演变、力学性能和动态腐蚀行为的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、力学性能测试和电化学测试等研究了挤压速度对铸态Mg-2Y-1Zn-0.4Zr镁合金显微组织、力学性能和腐蚀性能的影响。结果表明:挤压速度对Mg-2Y-1Zn-0.4Zr镁合金的显微组织、力学性能和腐蚀性能都有显著影响。随着挤压速度的增加,合金的平均晶粒尺寸增大,动态再结晶晶粒的体积分数先增加后减小。在60 mm/min的挤压速度下,合金的动态再结晶程度最高,并且组织中均匀分布着微米级的W-相,综合性能最佳,屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为327 MPa、322 MPa和24.9%。

热处理对Mg-8Gd-3Y-1.5Zn-0.6Zr合金组织与力学性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪和万能力学试验机等研究了固溶和时效处理对Mg-8Gd-3Y-1.5Zn-0.6Zr合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,Mg-8Gd-3Y-1.5Zn-0.6Zr合金铸态、固溶态和时效态的显微组织均由α-Mg基体、Mg_(5)(Gd,Y,Zn)相和LPSO结构组成;合金经固溶和时效处理后的最大抗拉强度由铸态的187.96 MPa提高到241.93 MPa,提高了28.71%,伸长率由铸态的8.48%提高到13.91%,提高了64.03%;不同热处理状态下合金的拉伸断口形貌主要以脆性断裂为主。

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。

Mg-12Gd-5Y-1Sm-0.5Zr合金的显微组织和力学性能

利用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜和精密万能电子拉伸试验机对铸态、时效态高强耐热Mg-12Gd-5Y-1Sm-0.5Zr(wt%)合金的显微组织和力学性能进行了研究。结果表明,合金的铸态组织主要由α-Mg固溶体和沿晶界分布的树枝状的第二相组成,经固溶时效处理后,晶界隐约可见,沿晶界仍有部分第二相析出,晶内有弥散分布的析出相产生。时效态合金的室温(25℃)和高温(200、250和300℃)抗拉强度先升高后降低,在250℃达到最大值243 MPa。

Ce对Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr合金微观组织和耐蚀性的影响

为获得高强耐蚀的镁稀土合金,采用扫描电镜、X射线衍射分析、腐蚀失重法、电化学阻抗和动电位极化等研究了元素Ce对Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr合金微观组织和耐蚀性的影响。结果表明添加0.5%Ce后合金耐腐蚀性能较好,合金的腐蚀电流密度为不含铈合金的55.6%,腐蚀电位正移约141 mV。

稀土镁合金薄腹高筋支架的等温锻造技术

针对Mg-9Gd-3Y-0.6Zn-0.5Zr合金薄腹高筋支架构件,设计其等温锻造成形方案和模具装置。采用有限元软件DEFORM-3D对薄腹高筋支架等温成形过程进行有限元模拟和实验,分析模具结构和成形方案对成形过程中金属流动充填的影响规律,揭示缺陷产生原因,并进行工艺优化,最终成形出质量良好的锻件。结果表明,采用分瓣模具结构和等温成形技术,可整体一次性精密成形形状复杂的薄腹非对称高圆弧筋类锻件,且构件组织细小均匀;通过设置工艺圆角和增加活动阻尼块的方式,可有效控制薄腹高筋支架圆弧筋处金属的流动充填阻力,消除圆弧筋抽料和侧耳充不满缺陷。

镁-稀土耐热镁合金活塞的开发研究

采用Mg-11Y-5Gd-2Zn-0.5Zr镁合金重力铸造发动机活塞,确定了浇注温度、模具温度、热处理工艺等参数。对镁合金活塞本体的组织研究表明,原始铸态合金组织中有大量的第二相分布于晶界处,经过固溶和时效热处理,在晶界处析出大量的层片状析出相。在时效态,活塞裙部的硬度(HV)达到131.4;活塞顶部的高温抗拉强度大,在350℃时的抗拉强度为161.9MPa;在250℃、80MPa条件下经过100h镁合金活塞材料的蠕变变形量只有0.428%;Mg-11Y-5Gd-2Zn-0.5Zr镁合金活塞的密度为1.995g.cm-3,100℃时比热容为850J.kg-1.K-1,室温热导率为23W.m-1.K-1,20～100℃的线膨胀系数为25.6×10-6K-1。

GZ121和GWZ1241的显微组织和相组成研究

通过光学显微镜(OM)、电子显微镜(SEM和TEM)研究了两种变形镁合金GZ121(Mg-12Gd-1Zn-0.5Zr)和GWZ1241(Mg-12Gd-4Y-1Zn-0.5Zr)的显微组织和相组成。结果表明:GZ121的铸态显微组织由-αMg晶粒和沿晶界网状连续分布的粗大、发达的树枝状共晶相组成。而GWZ1241的铸态显微组织由α-Mg晶粒和沿晶界不连续分布的细小、均匀的共晶相和两种非平衡相组成。Y的加入显著细化共晶组织。结合SEM-EDS和TEM-EDS分析可发现,GZ121合金组织的共晶相为Mg5(Zn0.5Gd0.5),而GWZ1241合金的共晶相为Mg5(Zn0.5Gd0.4Y0.1)。并且在GWZ1241合金的显微组织还发现两种非平衡相,即片状的MgGdZn5和块状的Mg3(Gd0.5,Y0.5)相。