热处理工艺对Mg-6Zn-3Al镁合金显微组织和力学性能的影响

通过金属型铸造制备新型Mg-6Zn-3Al(ZA63,质量分数,%)镁合金,并利用光镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和力学性能测试研究ZA63合金在铸态、固溶和时效处理后显微组织和力学性能的变化规律。结果表明:合金铸态组织主要由基体α-Mg、晶界处呈连续或半连续分布的(α-Mg+Mg_2Zn_3+Mg_7Zn_3+Mg_(32)(Al,Zn)_(49))共晶和晶内孤立的颗粒相组成。合金在350℃固溶12～36 h时,随着时间延长,固溶效果逐渐增强,且在28 h时获得了较好的组织和241 MPa的抗拉强度及11.12%的伸长率。随后在180℃时效6～72 h后,合金的抗拉强度进一步提高,力学性能随保温时间延长呈先增加后减小的趋势,其中时效24 h时同时出现抗拉强度、伸长率和硬度的峰值298 MPa、9.78%和96.3 HV,比铸态的214 MPa、8.54%、62.2 HV分别提高39.25%、14.52%和54.82%。180℃时效24 h后,析出相的主要形态有板条状和短棒状。

微量Mn添加对Mg-6Zn-3Al镁合金非枝晶组织演变的影响

利用光镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)研究了Mg-6Zn-3Al-xMn(x%=0%,0.1%,0.3%,0.5%,质量分数)合金的铸态组织和在等温热处理过程中的非枝晶组织演变规律。结果表明:铸态基体合金由α-Mg、Mg_2Zn_3、Mg_7Zn_3和Mg_(32)(Al,Zn)_(49))相组成。添加Mn后,析出了Al Mn和Al_8Mn_5相,且随Mn含量的增加,晶粒逐渐得到细化。合金经580℃等温保温30 min后,获得的非枝晶组织由初生α_1-Mg颗粒和包裹在共晶组织中二次水淬凝固形成的α_2-Mg颗粒及分布在初生颗粒间呈蜂窝状的共晶相组成。随着Mn含量增加,固相颗粒的平均尺寸和形状因子呈先减小后增加的趋势,组织中液相比例逐渐减少。当Mn含量(质量分数)为0.1%时,可获得近似球状、细小圆整、均匀分布的固相颗粒。在等温热处理过程中,溶质扩散和界面张力对组织演变起主导作用。Zn和Al溶质原子在液相中的成分起伏是初生颗粒在分离和球化过程中产生颈缩的重要原因。

Sn对Mg-6Zn-3Al合金微观组织和力学性能的影响

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、室温拉伸试验等研究了Sn含量对Mg-6Zn-3Al-xSn(x=0,2,4 mass%)合金组织与性能的影响。结果表明:铸态合金主要由α-Mg、MgAlZn以及Mg2Sn相组成,且均呈枝晶结构。Mg2Sn相随着Sn的添加逐渐出现,第二相逐渐聚集生长为网状结构。随着Sn含量的增加,挤压态合金的晶粒逐渐细化、尺寸变均匀。挤压态Mg-6Zn-3Al-4Sn合金拥有最佳的力学性能:抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为328 MPa、244 MPa、21.2%。该合金经双级时效(75℃预时效24 h+150℃时效18 h)工艺处理后,屈服强度提高到288 MPa,伸长率降为16.4%。

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。

Mg-6Zn-1Cu-0.3Mn镁合金的半固态组织演变

采用半固态等温热处理法,研究了重熔温度和等温时间对Mg-6Zn-1Cu-0.3Mn镁合金半固态组织演变的影响。结果表明:在不同温度保温30min或在585℃保温不同时间的球化演变过程中,Mg-6Zn-1Cu-0.3Mn合金中球状组织的平均尺寸、形状因子均先减小后增大,且固相率明显下降;晶界和亚晶界共同提供了溶质原子的扩散通道和液相相互渗透的路径,晶粒内部的溶质原子Zn、Cu和Mn富集区和枝晶壁搭接处形成了高溶质浓度的小"液池";当保温温度超过585℃或时间超过30 min时,颗粒易于粗化,其粗化符合Ostwald熟化机制。适合Mg-6Zn-1Cu-0.3Mn合金的半固态等温处理工艺为585℃×30 min,其颗粒平均尺寸、形状因子和固相率分别为29.91μm、1.09和47.55%。

时效对挤压态Mg-11Al-3Zn-2Ca镁合金组织和性能的影响

采用箱式电阻炉进行时效处理,试样埋入石墨中防止氧化,利用OM、SEM和TEM等手段对含Ca高铝Mg-11Al-3Zn-2Ca挤压变形镁合金时效状态下的组织和力学性能进行了分析。结果表明,Mg-11Al-3Zn-2Ca挤压变形镁合金在9～25 h内时效,析出相为短棒状的β-Mg17Al12,析出过程遵循先晶界后晶内的规律;经过200℃时效后,抗拉强度有所提高,最大提高10 MPa;伸长率随时效时间延长呈下降趋势,15 h以内降低比较明显,超过15 h下降趋势变得较为缓慢。

轧制变形量对Mg-3Al-1Zn-0.2Mn镁合金组织和性能的影响

采用金相显微镜、万能试验机、导电率测量仪研究轧制温度360℃下18%~55%轧制变形量对铸态Mg-3Al-1Zn-0.2Mn镁合金的显微组织和性能的影响。结果表明:铸态合金组织明显为枝晶,晶界处有大量Mg17Al12金属间化合物分布。随着轧制变形量的增加,合金中晶粒越来越细化,组织越来越均匀。与铸态合金相比,轧制合金的强度和伸长率均明显提高,导电率明显降低。变形量55%的合金抗拉强度和屈服强度达到最大值,分别为325、234 MPa,其伸长率和导电率分别为24.7%和17.20%IACS。

固溶、时效处理对Mg-6Zn-3Al合金组织和性能的影响

通过OM、室温拉伸性能测试等方法,研究了固溶和时效处理对Mg-6Zn-3Al合金组织和性能的影响。研究表明:铸态Mg-6Zn-3Al合金组织为α-Mg基体和共晶组织,共晶组织以连续或半连续的网状结构分布在基体边界处。Mg-6Zn-3Al合金最佳热处理工艺为:350℃×16 h固溶,水淬+170℃×48 h时效,空冷,此工艺下,Mg-6Zn-3Al合金组织中有大量分布均匀的析出相,晶粒尺寸达到最小,抗拉强度和伸长率达到284.2 MPa和13.4%,比铸态试样分别提高了38.9%和22.9%。

Sc、Zr复合添加量对Al-6Mg-0.6Mn合金铸态组织的影响

采用冶金法制备了四种不同Sc、Zr添加量的Al-6Mg-0.6Mn合金铸锭,利用金相显微镜、SEM及EBSD等手段研究了Sc、Zr添加量对合金铸态组织的影响。结果表明:在Al-6Mg-0.6Mn合金中添加w(Sc)=0.15%和w(Zr)=0.10%的Sc、Zr即可消除铸态枝晶网,获得明显细化的铸态组织;熔铸中粗大的Al3(ScZr)粒子不能起到细化晶粒的作用,反而恶化合金组织,进而对力学性能产生不利影响,应该严格加以控制。

Mg-6Zn-(Al,Ca)镁合金显微组织及力学性能

利用WD-10A电子拉伸试验机和RD2-3型蠕变试验机对Mg-6Zn-(Al,Ca)系列镁合金的力学拉伸强度及高温蠕变性能进行测试,研究其显微组织对高温性能的影响,并利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射分析等方法进行分析表征.研究结果表明,Mg-6Zn-2Al-0.3Mn(ZA62)具有较好的综合力学性能,其铸态显微组织主要由α-Mg基体和致密片状Mg51Zn20共晶相组成.少量Ca加入ZA62合金后,抑制了Mg51Zn20相的析出,并代之形成了含Ca的MgZn相和τ相.随Ca加入量增加,晶间相的数量增加,合金组织中出现另一热稳定四元Mg-Zn-Al-Ca化合物相.当w(Ca)>0.5%时,合金晶粒显著细化.随Ca含量增加,合金常温拉伸强度和塑性呈下降趋势,基体显微硬度减小.加入Ca提高了合金高温拉伸强度,改善了合金蠕变性能.在175℃/70 MPa条件下,合金蠕变性能受合金晶粒尺寸影响,随晶粒尺寸的减小,蠕变变形量增加.

T4和T6热处理参数对Mg-12Zn-2Al镁合金组织和性能的影响

通过在Mg-12Zn合金中添加2%Al(质量分数)制备出一种新型Mg-12Zn-2Al(ZA122)镁合金,并利用光镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和力学性能测试研究ZA122合金在铸态、T4和T6处理后显微组织和力学性能的变化规律。结果表明:铸态组织主要由α-Mg基体和共晶相(α-Mg+Mg2Zn3+Mg7Zn3+Mg32(Al,Zn)49)组成。合金经330℃固溶32 h后获得较均匀的组织和231 MPa抗拉强度及9.23%的伸长率。合金双级时效的强化效果优于单级时效的,且提前24 h获得力学性能峰值。经过(180℃,48 h)单级时效后,抗拉强度和伸长率的峰值分别为283 MPa和8.03%;采用(90℃,24 h)+(180℃,24 h)双级时效后,同时出现了抗拉强度和伸长率的峰值为294 MPa和7.81%。单级时效下,合金中沉淀相的形核机制主要借助于位错、空位、层错、亚晶界和晶界等晶体缺陷实现异质形核。双级时效下,预时效时脱溶析出的G.P.区或团簇原子作为亚稳相和平衡相的现成异质形核核心实现异质形核。

镁含量对铸造低锌含量Al-xMg-3Zn-1Cu合金的显微组织与力学性能的影响

研究镁含量对铸造低Zn含量Al−xMg−3Zn−1Cu(x=3~5,质量分数,%)合金的显微组织与力学性能的影响。随着Mg含量的增加,铸态合金的晶粒因为增强的生长抑制效应而得到细化,当Mg含量超过4%时,η-Mg(AlZnCu)_(2)相和S-Al_(2)CuMg相的形成受到抑制,而T-Mg_(32)(AlZnCu)_(49)相的形成得到促进。镁含量的增加通过增加共晶相尺寸的方式阻碍合金的固溶动力学,但合金的时效硬化却会因为析出动力学的加快和析出物数量密度的提升而加速。铸态、固溶态和峰时效态合金的屈服强度和抗拉强度均随着Mg含量的增加而增加,而合金的伸长率则随着Mg含量的增加而降低。峰时效Al−5Mg−3Zn−1Cu合金的抗拉强度和伸长率分别超过500 MPa和5%。峰时效合金最主要的强化机制是析出强化,这是通过T′析出物实现的,且随着镁含量的增加而得到加强。

体育器材用Mg-3Al-1Zn-0.2Mn镁合金铸态组织与性能研究

在Mg-3Al-1Zn-0.2Mn镁合金中添加Al2Ca,并进行了显微组织、物相组成、高温力学性能和耐腐蚀性能分析。结果表明:添加了Al2Ca的Mg-3Al-1Zn-0.2Mn镁合金由α-Mg相、Mg17Al12相和Al2Ca组成;与未添加Al2Ca相比,添加Al2Ca可使该合金的高温力学性能和耐腐蚀性能均得到提高,其中150℃抗拉强度增加53%、450℃抗拉强度增加246%、盐雾腐蚀120h后的质量损失率从5.52%下降至1.11%。

Al5TiB对Mg-8Zn-4Al-0.3Mn合金显微组织的影响

研究了Al5TiB对Mg 8Zn 4Al 0.3Mn铸造镁合金显微组织的影响。结果表明,Mg 8Zn 4Al 0.3Mn铸造镁合金的显微组织主要由Mg相、(Al2Mg5Zn2)相、τ(Mg32(Al,Zn)49)相组成。加入0.5%的Al5TiB可显著细化合金的铸态组织,晶粒大小由120～130μm减少到30～40μm。随着Al5TiB加入量的增加,合金的共晶α(Mg)相数量和合金的显微硬度均呈增加趋势。

熔体处理在制备Mg-9Zn-2Al镁合金半固态浆料中的作用

采用自孕育法制备新型Mg-9Zn-2Al高锌镁合金半固态浆料,研究孕育剂加入量为5%（质量分数）、导流器角度为45°时熔体处理温度对Mg-9Zn-2Al镁合金组织的影响。对孕育剂加入熔体后的熔化状况进行分析,并从原子团簇角度探讨熔体处理温度对一次孕育的作用机理。结果表明：熔体处理温度过高或过低时,组织平均晶粒尺寸较大;在695-710℃范围内,晶粒平均尺寸较小,约为47.5-48.8μm。根据所推导出的孕育剂在导流器入口处的温度表达式,可以确定自孕育法铸造的最佳熔体处理温度,提出用固相率fS描述自孕育剂的熔化状况。

浇注温度对Mg-6Zn-3Cu镁合金组织性能的影响

通过对Mg-6Zn-3Cu (ZC63)合金进行XRD衍射、硬度及拉伸性能的测试,研究了浇注温度对其组织和性能的影响。研究表明,随着合金的浇注温度增高,ZC63镁合金的晶粒尺寸不断增大,降低浇注温度可细化晶粒,且降低生产成本。当浇注温度为680℃,合金组织比较细小均匀,力学性能较高,其抗拉强度和伸长率分别为205 MPa和13.2%。ZC63镁合金铸态的断口主要由解理面和撕裂棱组成,具有准解理断裂特征。浇注温度越低,解理面尺寸越小,撕裂棱占比越多,表明合金的塑性变形能力越强。

Al3Ti4B中间合金对Mg-7Al-0.4Zn-0.2Mn合金显微组织和性能的影响

研究了Al3Ti4B中间合金对 Mg 7Al 0.4Zn 0.2Mn合金的显微组织、力学性能及耐腐蚀性能的影响。结果表明: 当Al3Ti4B加入量小于0.3%(质量分数)时, 合金的平均晶粒尺寸显著减小; 当 Al3Ti4B加入量为0.3%时, 合金组织显著细化, 平均晶粒尺寸由未变质合金的 135μm细化到 30μm, 合金拉伸力学性能和耐腐蚀性能最好; 当加入量超过0.3%时, 晶粒粗化; 具有密排六方结构的高熔点化合物 TiB2 (θm =2 980 ℃)和 AlB2(θm=980℃)均可作为α Mg的异质核心, 大量异质结晶核心的存在是导致α Mg晶粒细化的主要原因。

热处理工艺对Mg-6Zn-2Sm-0.4Zr镁合金显微组织和力学性能的影响

通过在Mg-6Zn合金中添加0.4%Zr和2%Sm(质量分数)制备出一种新型Mg-6Zn-2Sm-0.4Zr合金;利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度及力学性能测试研究铸造Mg-6Zn-2Sm-0.4Zr合金在铸态、固溶、时效处理下的显微组织和力学性能的变化。结果表明:合金铸态组织主要由基体α-Mg、晶界处呈连续或半连续分布的(α-Mg+Mg_2Zn_3+Mg_(41)Sm_5)共晶和晶内孤立的点状相组成。合金在440和450℃固溶12~36 h时间范围内,随着时间和温度的增加,固溶效果逐渐增强。当在450℃固溶28 h时获得了较好的显微组织,抗拉强度为230 MPa,伸长率为9.58%。随后经200℃时效6~48 h后,合金的力学性能明显提高,时效强化效应随时间的延长呈先增加后减小的趋势,其中时效12 h时同时出现了抗拉强度和伸长率的峰值258 MPa和14.43%,比铸态的分别提高44 MPa和90.80%。

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。

Nd对Mg-6Zn-Mn镁合金显微组织和力学性能的影响

利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、万能力学试验机等手段,系统研究了稀土Nd的含量对Mg-6Zn-Mn镁合金的显微结构和力学性能的影响。结果表明,稀土Nd对铸态Mg-6Zn-Mn镁合金具有明显的细化枝晶作用。经过360℃挤压后,合金显微组织发生明显变化。当Nd含量较低时(低于0.4%,质量分数),合金的动态再结晶率较低,合金的室温综合力学性能最好,与初始合金相比,其屈服强度提高了17%,达到250MPa,抗拉强度超过300MPa。然而,随着Nd含量的进一步增加,合金的动态再结晶率升高,发生完全动态再结晶,在其晶界上析出粗大的T相,而导致合金综合力学性能下降。