铸态Mg-6Zn合金的半固态压缩变形行为及本构模型的建立

利用Gleeble-3500型热力模拟试验机对铸态Mg-6Zn合金在变形温度500,520,540℃,应变速率0.1,1,5 s^(-1)下进行半固态压缩试验,得到了真应力-真应变曲线;基于真应力和真应变试验数据及Arrhenius模型,建立该合金的半固态压缩本构模型,并进行试验验证。结果表明:Mg-6Zn合金的半固态压缩变形过程主要分为类弹性变形、应变硬化变形和流变黏塑性变形3个阶段;峰值应力随变形温度的升高或应变速率的减小而降低。利用建立的本构模型计算得到的真应力与试验结果之间的相关性很好,相关系数为0.947,平均相对误差为5.57%,说明该本构模型能够较准确地预测铸态Mg-6Zn合金的半固态压缩变形行为。

Mg-6Zn-xCu铸造合金的显微组织及力学性能研究

采用金属型铸造方法制备了Mg-6Zn-xCu(x=1%、3%、5%)镁合金,并通过光学显微镜、X射线衍射和扫描电镜及力学性能测试等手段研究了Cu含量对合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明:Cu在合金中主要以CuMgZn相存在,且随着Cu量的增加,其数量增加;在凝固过程中,CuMgZn富集在已结晶的α-Mg表面,阻碍了其长大,从而细化了晶粒,但过量的CuMgZn偏聚晶界偏聚,引起局部的应力集中,对合金的力学性能产生负面影响;随着Cu含量的增加,合金的力学性能逐渐降低,加入1%Cu时,合金的抗拉强度和伸长率达到最大值,分别为208MPa和13.5%;随着Cu含量的增加,拉伸断口由准解理断裂向解理断裂和沿晶断裂转变。

挤压速度对Mg-6Zn-0.5Gd合金织构和力学性能的影响

通过冶金制备方法得到Mg-6Zn-0.5Gd合金,在热挤压变形过程中,测试挤压速度对其织构和力学性能的影响。结果表明:提高挤压速率后,合金组织发生动态再结晶,晶粒随机取向的合金组织,其织构强度降低,在合金组织内形成了较少的小角度晶界,同时也会降低拉伸强度与屈服强度,获得更大的伸长率,在断口部位形成了大量韧窝,表现为塑性断裂特征。

热挤压速度对Mg-6Zn-0.5Gd-0.1Nd镁合金组织演变的影响研究

设计了一种Mg-6Zn-0.5Gd-0.1Nd镁合金,利用热挤压变形方法使其力学强度获得提高。通过实验测试手段研究挤压速度对其微观组织的影响。研究结果表明:在合金中形成了许多小尺寸再结晶晶粒与部分具有条状外形的组织;对合金进行挤压处理的过程中出现了动态再结晶现象;当增大挤压速率后,形成了更高比例的动态再结晶体组织;在挤压态合金内形成了以MgZn_(2)相为主的第二相,形成了Mg_(3)YZn_(6)相与低比例的Ca_(2)Mg_(6)Zn_(3)相。该研究为后续的冶金试样的力学性能研究奠定一定的理论基础。

熔体处理对Mg-6Gd-3Y-0.4Zr-2Zn镁合金组织的影响

通过重力铸造法制备了Mg-6Gd-3Y-0.4Zr-2Zn合金熔体,采用机械振动、机械搅拌、超声波不同方式对合金熔体进行了处理。研究了熔体处理对Mg-6Gd-3Y-0.4Zr-2Zn合金微观组织的影响。结果表明:不同方式处理的合金熔体,合金晶粒都得到了细化,第二相分布弥散。超声波处理后铸造缺陷消失。

不同浓度Mg-6Zn合金浸提液对肠上皮细胞凋亡及其相关基因Caspase-3表达的影响

研究不同浓度Mg-6Zn合金浸提液对大鼠肠上皮细胞IEC-6的凋亡及凋亡相关基因Caspase-3表达的影响。将Mg-6Zn合金制成不同浓度(20%和40%)的浸提液体外培养大鼠肠上皮细胞IEC-6,并以含10%胎牛血清的高糖DMEM(Dulbecco′s modified Eagle′s medium)培养基作为阴性对照。采用噻唑蓝(MTT)法通过计算细胞相对增殖率检测不同浓度合金浸提液对IEC-6细胞的毒性作用;采用流式细胞仪检测不同浓度合金浸提液对IEC-6细胞凋亡的影响;采用逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)法检测不同浓度合金浸提液对IEC-6细胞凋亡相关基因Caspase-3mRNA表达的影响。实验结果表明,20%和40%两种浓度的镁合金浸提液在体外培养IEC-6细胞第七天时细胞毒性分级分别为0级和1级,属于无毒性,符合医用材料细胞毒性分级的合格标准。40%和20%浓度镁合金浸提液中,IEC-6细胞的凋亡比例及Caspase-3活化度相对于对照组都增高,差异有统计学意义(P<0.05),40%浓度组中,IEC-6细胞的凋亡比例及Caspase-3活化度相对于20%浓度组增高,差异有统计学意义(P<0.05),说明Mg-6Zn合金浸提液在一定范围内处于较高浓度时易诱导IEC-6细胞的凋亡及Caspase-3的表达,且随浓度升高影响越大。

Zr添加量对Mg-6Zn镁合金组织的影响

采用光学显微镜及万能力学拉伸试验机研究Zr质量分数(0.3%,0.6%,0.9%)对Mg-6Zn合金铸态、热处理后显微组织及力学性能的影响.研究结果表明:加入Zr元素后,合金的组织由树枝状转为颗粒状并分布于晶界,Zr质量分数增加到0.9%时,晶粒边界出现组织富集,质量分数为0.6%时合金则分布均匀.铸态及热处理条件下,合金的抗拉强度均呈现先上升后下降的变化趋势,含Zr质量分数0.6%时,合金的力学性能最高,铸态拉伸强度达到249 MPa,热处理后则为274 MPa.采用等温热处理法研究合金非枝晶组织随保温温度及保温时间的变化规律,保温温度620℃,保温时间30min时,含Zr质量分数0.6%的合金非枝晶组织圆整、细小.

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。

Sn对Mg-6Zn合金显微组织及力学性能的影响

研究了Sn对Mg-6Zn合金显微组织及力学性能的影响。采用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析仪、万能试验机等,对Mg-6Zn(x Sn)合金显微组织及力学性能进行分析。结果表明:镁合金中加入Sn可有效改善铸锭组织,形成的Mg2Sn颗粒。少量添加Sn元素,Mg-6Zn铸态合金的强度、伸长率及硬度随Sn含量增加而提高;Sn含量为1.0%时,Mg-6Zn铸态合金强度、伸长率和硬度达到最高。Mg-6Zn铸态合金添加少量Sn,局部区域呈现韧性断裂;Sn含量超过1.5%时,局部区域出现沿晶断裂的特征。

Mg-6Zn合金对大鼠肠上皮细胞紧密连接蛋白表达的影响

目的:研究不同浓度Mg-6Zn合金浸提液对大鼠肠上皮细胞(IEC-6细胞)紧密连接蛋白表达的影响。方法:将Mg-6Zn合金制成20%和40%两个浓度的浸提液,以含10%胎牛血清的高糖DMEM培养基作为阴性对照体外培养IEC-6细胞。通过噻唑蓝(MTT)法计算细胞相对增殖率评价不同浓度Mg-6Zn合金浸提液对IEC-6细胞的毒性作用;采用逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)法检测不同浓度Mg-6Zn合金浸提液对IEC-6细胞紧密连接相关基因ZO-1、Occludin、Claudins mRNA表达的影响。结果:20%和40%浓度Mg-6Zn合金浸提液在体外培养IEC-6细胞第7天时,细胞毒性分级分别为0级和1级,属于无毒性。20%和40%浓度Mg-6Zn合金浸提液中,IEC-6细胞紧密连接相关基因ZO-1、Occludin、Claudins mRNA的表达相对于对照组增高,差异有统计学意义(P<0.05);40%浓度组中,IEC-6细胞紧密连接相关基因相对于20%浓度组增高,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:Mg-6Zn合金浸提液在一定浓度范围内对IEC-6细胞无毒性,对细胞紧密连接相关基因的表达有促进作用,且随浓度升高影响越大。

时效对Mg-6Gd-3Y-0.4Zr-1Zn镁合金组织及性能的影响

利用溶剂保护熔炼法制备Mg-6Gd-3Y-0.4Zr-1Zn镁合金,经固溶、热挤压及200℃时效处理制得试样,通过光镜和扫描电镜等对合金组织、力学性能进行研究。结果表明,与固溶态相比,经200℃×54 h时效处理后,析出的第二相更细小、分布更均匀;时效后合金的硬度提高25.87%,屈服强度提高2.3%,抗拉强度下降2.4%,伸长率略有下降,但仍保持良好的塑性。

5%Al合金化对Mg-6Zn镁合金非枝晶组织演变的影响

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究了Mg-6Zn和Mg-6Zn-5Al合金(质量分数)的铸态组织和等温热处理后非枝晶组织的演变规律。结果表明:Mg-6Zn合金的铸态组织主要由α-Mg和MgZn2相组成;Mg-6Zn-5Al合金铸态组织主要由α-Mg、Mg2Zn3、Mg17Al12和Mg32(Al,Zn)49相组成,其共晶组织形貌演变成粗大连续,且晶内颗粒状的第二相粒子数量增加。Mg-6Zn-5Al合金经600℃保温30 min后获得了细小圆整、均匀分布的近球状颗粒,其平均尺寸和圆整度分别为75μm和1.09。非枝晶组织演变的主要机制包括共晶组织熔化,溶质原子扩散,枝晶组织的粗化、分离、球化和颗粒的合并与长大。5%Al合金化促进了Mg-6Zn合金的非枝晶组织演变,主要归于合金化使铸态组织中析出了亚晶界,其为溶质原子的扩散提供便捷通道和润湿驱动力,同时降低了体系的总自由能和异质形核功,使合金在成分起伏和能量起伏作用下加快了枝晶组织的熔断、分离和球化。

等通道转角挤压对Mg-6Zn合金显微组织和力学性能的影响

利用等通道转角挤压(ECAP)技术,在200℃对Mg-6Zn合金进行了不同道次的挤压。结果表明,经ECAP挤压后合金显微组织明显细化、均匀化,平均晶粒尺寸由15μm减小到3μm;ECAP过程中粗大的块状共晶相变形破碎、细化,并在周围诱发新相析出。通过XRD分析发现析出相主要是Mg_4Zn_7和MgZn_2。经过2道次ECAP挤压后,Mg-6Zn合金的抗拉强度可达275 MPa,屈服强度达到245 MPa,伸长率为24%。当ECAP道次增加到4道次和6道次后,强度反而下降。

纳米ZrO_(2)颗粒增强Mg-6Zn合金复合材料组织及性能

采用搅拌铸造法制备了纳米ZrO_(2)增强的Mg-6Zn合金。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和维氏硬度仪对xwt.%ZrO_(2)/Mg-6Zn(x=0,1,3,5)复合材料的微观组织及性能进行了表征分析。结果表明,纳米ZrO_(2)颗粒加入到镁熔体中未观察到明显的反应产物,其稳定存在于Mg基体中;大量的纳米ZrO_(2)颗粒主要分布在晶界处,并且随着ZrO_(2)含量的增加团聚愈加明显。与Mg-6Zn基体合金相比,随着添加纳米ZrO_(2)含量的增加,复合材料的晶粒尺寸呈现先减小后增大的现象,相应的复合材料的硬度值同样也呈现先增大后减小的现象。当纳米ZrO_(2)的添加量为1wt.%,复合材料展现出了较为均匀的组织和良好的力学性能,其硬度值为HV52.09,较基体合金提高了14.2%。

高性能Mg-6Sn-3Al-1Zn合金的制备工艺研究

通过改善铸态镁合金制备工艺,得到一种组织均匀、性能优异的Mg-6Sn-3Al-1Zn合金,合金抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到219MPa、82MPa、16%,晶粒尺寸为133.35μm。

退火对热挤压Mg-3.8Zn-1Y合金组织及性能的影响

采用光学显微镜,扫描电子显微镜等手段研究了退火处理对热挤压Mg-3.8%Zn-1%Y合金组织及性能的影响。结果表明,该合金经425℃×15 min退火可通过完全再结晶获得细小的晶粒,合金的拉伸屈服强度为171.9 MPa,伸长率为29.8%。EBSD分析表明合金的优良的塑性来自于合金在拉伸过程中拉伸压缩({10 12}-{10 11})二次孪生的交互发生引起的协调变形。另外,拉伸过程中形成的较弱的"双峰"型{0002}纤维织构作为变形有利的取向也有利于改善合金的塑性。

退火对热挤压Mg-5Zn-1Y合金组织及性能的影响

研究了退火处理对热挤压Mg-5 mass%Zn-1 mass%Y合金组织及性能的影响。结果表明,425℃/15 min为该合金的最佳退火工艺,完全再结晶同时避免晶粒长大,所获得晶粒尺寸仅为10μm。该条件下退火合金的抗拉强度为284.8 MPa,断后伸长率高达31.2%,较高的强度与细小再结晶晶粒及弥散分布的第二相有关;较高伸长率主要源于拉伸过程中{1012}拉伸孪生、{1011}压缩孪生以及({1012}-{1011})拉压二次孪生引起的协调变形。

Nd对Mg-6Zn微观组织影响研究

采用熔铸法制备了Mg-6Zn和Mg-6Zn-xNd合金,利用扫描电镜及所带的能谱分析仪,研究了Nd含量对铸态Mg-6Zn-xNd的微观组织的影响,结果表明:Mg-6Zn合金基体上存在着α-Mg和Mg-Zn相的共晶团,添加Nd元素后合金基体上出现Mg-Zn-Nd三元共晶组织,这些共晶组织数量随着Nd含量增加而增加,最终形成含有Mg,Zn,Nd三种元素的连续网状结构。

基于BP神经网络的Mg-Al-Si合金力学性能研究

研究了Sr含量对Mg-Al-Si系镁合金中Mg-6Al-0.7Si-1Zn合金力学性能的影响,采用BP神经网络法建立了Mg-6Al-0.7Si-1Zn-xSr合金组织与力学性能的关系模型。采用BP神经网络预测的该合金力学性能与实验值接近,相对误差较小,最大误差为4.896%,最小误差仅为0.271%。结果表明,该模型具有很好的预测精度和较快收的敛速度,此模型的建立为研究Mg-Al-Si系镁合金提供了参考。

Mg-6Al-5Zn-xCa(x=4,5,6,7)-5Gd合金的显微组织和力学性能

研究了不同高含Ca量的Mg-6Al-5Zn-x Ca(x=4,5,6,7)-5Gd合金铸态以及热处理后的显微组织和力学性能。结果表明,铸态时,随着含Ca量的增加,连续分布于晶界处的第二相β-Mg_(25)(Al,Zn)_(37.5)逐渐变细,呈颗粒状的Al_2Gd相和块状的CaZn_5相部分溶解,以更加圆润的小颗粒状相和小块状相分布在组织中,其抗拉强度和屈服强度先升高后降低,伸长率下降;固溶处理后,大部分β-Mg_(25)(Al,Zn)_(37.5)相逐渐溶入合金基体中,合金的强度和伸长率均显著增加,随着含Ca量的增加,固溶组织中分布更多的颗粒状相和块状相,其抗拉强度和屈服强度先升高后降低,伸长率变化不大;固溶+时效处理后,产生时效强化,时效12 h后合金硬度达到峰值,随时效时间延长,硬度稍有降低,然后趋于平缓,说明合金有较优异的热稳定性。断口分析表明,随着含Ca量的增加和热处理方式的不同,合金的断裂机制有从脆性断裂向韧性断裂转变的趋势。当含Ca质量分数为6%时,合金铸态断口形貌中有明显韧窝存在,热处理后,其断口形貌中韧窝数量增多,大小一致,分布趋于均匀。实验合金以Mg-6Al-5Zn-6Ca-5Gd合金经390℃/8 h固溶+200℃/12 h时效处理后的力学性能最佳。