砂型铸造Mg-9Gd-3Y-0.5Zr合金的线收缩

研究铸件几何特征对砂型铸造Mg-9Gd-3Y-0.5Zr(VW93)合金线收缩的影响。利用3D扫描仪精确提取自由收缩和受阻收缩砂铸件的尺寸,并用于计算收缩系数。引入砂芯体积与铸件包络体积之比(γ)量化砂芯对铸件收缩的约束程度。通过分析自由收缩系数的统计分布和受阻收缩系数随γ的变化规律发现,VW93合金的自由收缩系数为1.96%,受阻收缩系数随γ的增大而线性减小,此关系为根据铸件几何结构预测VW93合金收缩率提供支持。

热处理过程中Mg-8Gd-3Y-1Nd-0.5Zr合金的组织演变及性能

采用透射电镜、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射及力学性能等测试手段,研究热处理工艺对水冷铸造的Mg-8Gd-3Y-1Nd-0.5Zr(质量分数)合金显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。合金铸态显微组织由α-Mg、Mg(Gd,Y)相、富Zr小颗粒相和β-Mg_(24)Y_5网状共晶组成。在520℃固溶24 h后,合金中共晶相固溶进基体,固溶演变过程为α-Mg+β-Mg_(24)Y_5相+Mg(Gd,Y)→过饱和α-Mg固溶体+Mg(Gd,Y)相。225℃时效,合金的析出序列为Mg(S.S.S.S)→β″(DO19)→β′(CBCO)→β_1(FCC)→β(FCC),时效24 h达到峰时效态,合金的室温抗拉强度达到231MPa,伸长率为3.4%。时效处理能提高合金耐腐蚀性能,225℃时效72 h时合金析出稳定β(FCC)相,平均析氢速率最小,为0.22 mL/(cm^2·h),合金的耐腐蚀性能最强。

Mg-5Gd-3Y-0.5Zr铸造镁合金的高温蠕变行为

研究了Mg-5Gd-3Y-0.5Zr铸造镁合金在不同试验温度和应力条件下的高温蠕变行为。研究结果表明,试验合金在200℃/50 MPa、60 MPa、70 MPa条件下的抗蠕变性能最稳定,100 h的总蠕变应变量分别为0.026 7%、0.050 0%和0.056 7%,稳态蠕变速率分别为3.10×10-8s-1、6.48×10-8s-1和9.06×10-8s-1。在250℃和300℃条件下的蠕变应变量和蠕变速率与200℃相比要高一到三个数量级。根据应力指数n值与蠕变激活能Qc值分析结果,Mg-5Gd-3Y-0.5Zr合金在不同试验温度和应力的条件下,合金的蠕变机制也有所不同。

Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr镁合金减振性能的研究

采用TA Q800 DMA对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr镁合金进行阻尼性能测试,并通过阻尼-应变、应力-应变曲线的拟合公式计算出减振系数。结果表明：不同热处理工艺对合金的减振性能有一定的影响。热变形、热处理对合金内的析出相有调控作用,进而影响合金的阻尼性能。高应变区域,变形＋T6态合金内的析出相最小,数量最多,其阻尼性能最差。合金的屈服强度对减振系数有较大影响,变形＋T6态合金的减振系数较高,变形态次之,铸态合金的最小。

时效时间对Mg-10Gd-3Y-0.5Zr镁合金力学性能的影响

选取了在工程实践中有广泛应用的Mg-10Gd-3Y-0.5Zr镁合金,在225℃下对合金进行了时效处理,研究了时效时间对合金力学性能的影响。结果表明：在6、8、10、12、14、16 h时效时效范围,合金的硬度、抗拉强度和屈服强度在12 h处理之后达到最大值。

热处理对Mg-11Gd-3Y-0.8Ca-0.5Zr合金显微组织及性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、XHB-3000型布氏硬度计和万能电子拉伸实验机等研究了Mg-11Gd-3Y-0.8Ca-0.5Zr合金的最佳热处理工艺和热处理对合金显微组织及性能的影响。结果表明:合金的最佳固溶工艺为485℃×16 h+505℃×16 h,时效工艺为225℃×12 h。铸态合金主要由初生相α-Mg基体和大量处于晶界处网络状的Mg5Gd、Mg24Y5、Mg2Ca相组成。经固溶时效后,相种类没有变化,但晶界变得清晰,第二相的形貌显著改变,呈颗粒状和短棒状均匀分布在基体上,组织得到明显改善,合金的力学性能显著提高,时效态合金的抗拉强度、屈服强度及硬度均显著优于铸态合金,分别由原来的217 MPa、185 MPa和92 HB增加到265 MPa、228 MPa和121 HB,这主要归功于时效沉淀强化的作用。

均匀化处理对Mg-13Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr镁合金组织和力学性能的影响

对Mg-13Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr镁合金铸锭进行均匀化处理,温度为505～525℃,时间为4～24h,并采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和万能材料试验机等检测手段分析均匀化处理前后合金微观组织和力学性能的变化。结果表明:均匀化处理后,原始组织中网状分布共晶化合物转化成晶界处不连续分布的块状LPSO相,离散分布的方块状富稀土相溶解。力学性能测试显示,铸态镁合金的抗拉强度为172.9MPa,伸长率为1.8%,经过均匀化处理后合金的力学性能得到提高,在515℃/16h均匀化制度下,合金室温抗拉强度为212.3MPa,伸长率为3.1%;在200℃下抗拉强度为237.2MPa,伸长率为9.7%,性能达到最佳。断口扫描显示,铸态合金是以撕裂棱与解理台阶为主的解理脆性断裂,均匀化处理后的合金中出现小而浅的韧窝,但仍然是以解理台阶为主的准解理断裂,塑性提高有限,长程有序相可成为裂纹的萌生源。

Mg-6Gd-3Y-0.5Zr镁合金和ZL114A铝合金阻尼性能

航天结构飞行过程中,温度、应变振幅等会有大幅的变化,为了研究服役环境对阻尼的影响,采用DMA测试仪研究了Mg-6Gd-3Y-0.5Zr镁合金和ZL114A铝合金材料内部阻尼随服役环境的变化。结果表明:两种材料阻尼都随应变振幅的增大而增大,且同样应变振幅下Mg-6Gd-3Y-0.5Zr阻尼性能优于ZL114A;两种材料阻尼都随温度的升高而增大,Mg-6Gd-3Y-0.5Zr和ZL114A合金330℃时阻尼均值分别是30℃时2.1倍和1.3倍,可知Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金对温升更敏感,当结构温升较大时,其阻尼应作为变量进行考虑。

Mg-13Gd-4Y-0.5Zr镁合金多向锻造组织和性能研究

由于锻坯的组织和力学性能对其后续成形过程具有重要的影响,研究锻坯的组织和力学性能均匀性具有重要实用价值。利用实验的方法,对比研究了Mg-13Gd-4Y-0.5Zr合金材料的三次多向锻造后的组织演变和力学性能的不同。实验结果表明:随着锻造次数的增加,动态再结晶明显,Mg-13Gd-4Y-0.5Zr镁合金晶粒逐渐细化,析出相逐渐增多;并且,随着锻造次数的增多,硬度变化呈小幅波动的趋势,且第一次多向锻造后的硬度最大。

热处理对Mg-5Gd-3Y-0.5Zr合金组织和性能的影响

利用XRD、OM、SEM、EDS、TEM和拉伸性能测试,研究了不同热处理对Mg-5Gd-3Y-0.5Z合金组织和力学性能的影响。结果表明:Mg-5Gd-3Y-0.5Zr合金的铸态组织主要由基体相α-Mg、Mg5Gd和Mg24Y5相组成;经固溶处理后,铸态组织中粗大的析出相基本都溶入α-Mg基体;再经时效处理后,有纳米级别的颗粒状或片状相重新析出。室温条件下,Mg-5Gd-3Y-0.5Zr合金的抗拉强度在T6态达到最大值206.6 MPa。铸态和T6态合金的抗拉强度均随温度的升高,呈现出降低趋势,且下降速度较快;而T4态合金的强度在250℃以前基本保持不变。

Mg-8Gd-3Sm-0.5Zr合金热压缩失效分析

利用铸造法制备了Mg-8Gd-3Sm-0.5Zr合金,绘制了合金在350~500℃、应变速率为0.002~1 s^(-1)时热压缩后的真应力-真应变曲线,构建了热加工图,研究了热压缩工艺对合金组织的影响,分析了其热压缩失效的原因。结果表明:Mg-8Gd-3Sm-0.5Zr合金在热压缩变形时发生了动态再结晶,适宜的热压缩温度为400~500℃,应变速率为0.004~0.05 s^(-1)。Mg-8Gd-3Sm-0.5Zr合金热压缩失效的原因主要有3种:第一,热压缩温度偏低,应变速率高,造成变形不协调引起裂纹产生;第二,热压缩温度低、应变速率低,或者热压缩温度较高、应变速率也高造成晶界处细小动态再结晶晶粒呈链状分布引起变形不均匀造成失稳;第三,原始组织中粗大的化合物分布于晶界处,造成应力集中引起变形失稳。

Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr镁合金高温热压缩变形研究

采用Gleeble-3500热模拟机对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr镁合金高温热压缩变形进行了研究试验,变形温度为350℃,变形速率为0.001~0.1s^(-1),获得了等温热压缩变形过程中的流变应力-应变关系曲线。对比分析了压缩变形后的组织和硬度,得到了该温度下不同应变速率对材料组织和硬度的影响规律。结果表明,该合金在350℃变形温度下,显微组织很相近;但是峰值应力和合金硬度均随着应变速率的增大而增大。

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。

晶粒尺寸、变形温度和应变率对Mg-12Gd-3Y-0.5Zr合金力学性能的影响

通过对Mg-12Gd-3Y-0.5Zr合金进行单向拉伸试验,检验晶粒尺寸、温度和应变率对合金力学性能的影响。通过退火处理可以获得不同晶粒尺寸((9.63±0.69)～(94.24±2.41)μm)的试样,拉伸温度分别为20℃、-25℃和-50℃。当温度足够低时,塑性变形由滑移主导的变形方式向孪生主导过渡;同样的情况可在晶粒尺寸变大时发生。变形机制的转变导致Hall-Petch关系中斜率的变化。采用Zener-Hollomon参量来描述温度、应变率对孪生的综合影响。实验结果表明,随着Z参量的变大,孪生发生率增大;当Z值足够大时,变形机制发生转变。

固溶处理对Mg-10.5Gd-1.0Y-1.0Zn-0.5Zr铸造镁合金的显微组织和力学性能的影响

对Mg-10.5Gd-1.0Y-1.0Zn-0.5Zr镁合金进行480℃固溶保温16h的热处理试验,研究了固溶处理对铸态合金显微组织和力学性能的影响。结果显示:试验合金的铸态组织主要是由α-Mg、共晶组织组成的第二相Mg5Gd、Mg24Y5和少量的片层状的LPSO结构相(主要是Mg12YZn相)组成。试验合金经480℃保温16h固溶处理后,合金的第二相的类型没有发生改变,但是Mg5Gd和Mg24Y5的数量下降了,而LPSO结构相(主要是Mg12YZn相)的数量有所上升。试验合金经过480℃保温16h的固溶处理后,合金的强度上升了,但是塑性有所下降,因此,合金的固溶处理可以改善其力学性能。

园林屋顶用Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金热处理工艺优化

采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、带有电子能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)和电子拉力试验机等,研究了园林屋顶用Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金经固溶和时效工艺处理后的显微组织和力学性能。结果表明,Mg-6Gd-3Y-0.5Zr的铸态合金主要由α-Mg基体、Mg_5Gd相和Mg_(24)Y_5相构成,在510℃条件下固溶处理6 h,合金中的稀土析出相基本消失,晶粒粗化还未开始,所得合金硬度值较高;在225℃条件下时效处理12 h,合金的硬度值基本达到最大值,且时效温度不高,时效时间较短。

变形条件对Mg-Gd-Y-Nd-Zr合金动态力学行为的影响

采用金相观察、扫描电子显微镜、能谱分析、显微硬度计及分离式霍普金森压杆等手段,研究了峰值时效挤压态Mg-8Gd-3Y-0.5Nd-0.5Zr合金在变形温度及应变速率下的动态冲击力学变形行为。结果表明:合金在220℃/14 h到达峰值时效,其硬度约为143.2 HV,提升了55%左右。在不同的变形温度下均表现出优异的抗冲击性能,在室温及应变速率为3000 s^(-1)条件下合金抗压强度可高达682 MPa;在100℃及应变速率为1500 s^(-1)条件下抗压强度为635 MPa;在400℃及应变速率为3000 s^(-1)条件下抗压强度为583 MPa。合金在不同温度下优异的抗冲击性能主要得益于时效强化相、稳定存在的块状富稀土粒子以及冲击过程中在晶界形成的动态析出相协同强化机制。随着应变速率和变形温度的增大,合金热软化效应增强,合金力学性能有所降低。

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-6Gd-3Y-0.5Zr合金固溶时效处理工艺优化

采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、带有电子能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)和电子拉力试验机等,研究了Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金经固溶和时效工艺处理后的显微组织和力学性能。结果表明,铸态Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金主要由α-Mg基体、Mg5Gd相和Mg24Y5相构成;在510℃固溶处理6 h,合金中的稀土析出相基本消失,晶粒粗化还未开始,所得合金硬度值较高;在225℃时效处理12 h,合金的硬度值达到最大值,且时效温度不高,时效时间较短。

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。