脉冲磁场对Mg-Gd-Y-Zr合金凝固及力学性能的影响

在Mg-Gd-Y-Zr合金凝固过程中施加不同频率的脉冲磁场,研究脉冲磁场对Mg-Gd-Y-Zr合金凝固的影响。实验结果表明,脉冲磁场使Mg-Gd-Y-Zr合金晶粒细化,在频率为5Hz条件下获得最佳的晶粒细化效果,平均晶粒尺寸从未加脉冲磁场条件下的65μm细化到37μm。脉冲磁场的搅拌导致熔体磁过冷及熔体温度梯度降低是晶粒细化的主要原因。脉冲磁场的施加使抗拉强度和延伸率较常规铸造合金分别提高了4.8%、78.5%。

铸造Mg-Gd-Y-Zr合金氧化夹杂研究

运用扫描电镜和X射线衍射分析等手段,研究了Mg-Gd-Y-Zr合金中存在的夹杂物。结果表明,Mg-Gd-Y-Zr系合金除存在一般镁合金熔铸过程中常出现的Mg的氧化夹杂外,还存在着Y、Gd和Zr因氧化而产生的三元氧化物夹杂Zr0.72Y0.28O1.862和Zr1.894Gd1.894O7;在分析熔剂各成分对Mg-Gd-Y-Zr合金熔体净化机理的基础上,建立了该系合金夹杂物的形成及运动模型。

净化及浇注工艺因素对Mg-Gd-Y-Zr合金流动性的影响

研究了JDMJ、JDMJ+5%YCl3和JDMJ+10%YCl3精炼剂、浇注温度以及覆膜砂型和金属型对Mg-10Gd-3Y-Zr合金流动性的影响。研究结果表明,JDMJ+5%YCl3精炼剂能显著提高合金的流动性,相对无熔剂精炼,金属型流动性试样的长度由780mm增加至1270mm。合金的流动性随浇注温度的升高而提高,当浇注温度由690℃升高到770℃时,金属型流动性试样的长度由595mm增加至995mm。研究结果还表明,覆膜砂型更有利于提高合金的流动性。

Mg-Gd系铸造镁合金时效析出相研究现状及展望

概述了目前国内外Mg-Gd系铸造镁合金析出强化的研究进展,介绍了析出行为和强化机制对镁合金组织与性能的影响。综合目前的研究结果,认为析出强化是Mg-Gd系铸造镁合金高强力学性能的主要来源,合金化及其热处理是未来新型高强Mg-Gd系铸造镁合金的研究方向。

铸造高强Mg-Gd系合金研究进展

镁合金由于其自身优异的性能,发展潜力巨大,在诸多领域受到广泛的需求。在镁合金中添加稀土元素,合金的强度、蠕变性能等提升显著。本文总结了铸造高强Mg-Gd合金的研究进展,从合金体系、组分、热处理工艺、合金的强度以及强化机制方面,分析了不同合金元素对重力铸造Mg-Gd合金的影响作用,可以为铸造Mg-Gd合金的设计和优化提供参考依据。

Mg-Gd系镁合金的研究进展

Mg-Gd系镁合金由于具有高比强度、优良的室温强度和抗蠕变性能而成为研究的热点。介绍了其合金化基础、组织特性;总结了主要稀土合金元素、非稀土元素的影响作用,包括Gd、Y、Nd、La、Ce、Mn、Zr、Zn、Ag等;讨论了合金系的时效行为。在综述国内外研究现状的基础上,对其未来发展进行了展望。

Gd元素含量对砂型铸造Mg-Gd-Y合金微观组织和力学性能的影响

通过金相观察(OM)、扫描电镜观察(SEM)、能谱分析(EDS)、拉伸试验研究了Gd元素含量对砂型铸造Mg-Gd-Y系合金微观组织和力学性能的影响,并引入WE54合金作为对比。研究表明:Mg-Gd-Y系合金的铸态组织主要由等轴树枝晶α-Mg固溶体、晶界处孤岛状共晶相Mg24(Gd,Y)5以及孤立的方块相Mg5(Gd,Y)和起到晶粒细化作用的富Zr核心组成。随着Gd含量的增加,晶界处第二相Mg24(Gd,Y)5的体积分数明显增加,导致合金的抗拉强度和屈服强度不断提高,伸长率却不断降低。GW94合金强度最好:室温下抗拉强度和屈服强度最高分别可达213.7 MPa和156 MPa,伸长率却仅为1.29%。WE54合金的伸长率最高,这可能与铸态WE54合金晶界处形成的相互平行的片层状共晶相有关。Mg-Gd-Y系合金和WE54合金断裂机制都为准解理断裂。

汽车发动机阀盖用Mg-Gd合金的合金化效应研究

采用Al合金化的方法制备了汽车发动机阀盖用Mg-Gd-Al合金,研究了Al含量对Mg-Gd合金晶粒细化、物相组成、有效形核颗粒数量密度和尺寸分布的影响。结果表明,添加0.8%~1.3%Al可以对Mg-Gd合金起到明显的晶粒细化作用;当添加Al元素后,合金中除了α-Mg基体和Mg5Gd相外,还出现了Al2Gd和(Mg,Al)3Gd相;随着合金中Al含量的增加,Mg-Gd合金中有效形核颗粒的数量密度逐渐增加,且有效形核颗粒的尺寸有所增大。

Mg-6Zn-1Y-Zr镁合金的组织与性能研究

Mg-6Zn-1Y-Zr镁合金在热锻或热挤压过程中发生了动态再结晶。合金组织细化,但不均匀,平均晶粒尺寸约10μm。挤压态材料经350℃×30min再结晶退火转变为等轴细晶组织,平均晶粒尺寸已达到5μm左右。合金在变形处理后有新的第二相析出,且合金的力学性能有很大提高。其中锻态Mg-6Zn-1Y-Zr合金的σb达到265MPa,σ0.2达155MPa,挤压态合金的σb达到330MPa,σ0.2达185MPa。

车用Mg-Gd-Nd-Sb-Zr合金高温蠕变行为及组织演变研究

通过SEM、TEM和蠕变试验机研究不同温度下Mg-8Gd-2Nd-0.5Sb-0.6Zr(质量分数/%)合金高温蠕变行为,分析其组织演变,并通过计算合金的蠕变激活能分析蠕变机制。结果表明:加载应力10 h后,合金进入稳态蠕变阶段,随着温度升高蠕变性能差异明显增大;高温高应力情况下,组织上观察不到网状析出相,滑移线较多,存在孪晶,位错密度较高,此时网状析出β′相已经完全转变为颗粒状β相;蠕变温度在200、250、300℃下的应力指数为3.5、4.6和5.8,蠕变激活能为77.8、86.8、99.6 k J/mol。合金低温时受位错交滑移机制控制;高温时受扩散机制控制。

Mg-Gd系合金时效析出研究进展

Mg-Gd系合金的时效析出强化效果优异且析出序列及析出相在含稀土镁合金中具有一定代表性。总结了国内外Mg-Gd系合金时效析出的研究进展,阐述该系合金的时效析出动力学、析出序列及析出相、析出相强化机理等。影响Mg-Gd系合金时效析出动力学的主要因素有时效温度、Gd元素含量、晶粒尺寸、预变形量以及少量非稀土合金元素的添加等。Mg-Gd、Mg-Gd-Y(Dy)、Mg-Gd-Nd(Sm)等合金系的时效析出序列依次为β″-Mg3Gd→β′-Mg7Gd→β1-Mg3Gd→β-Mg5Gd,Mg-Gd-Zn合金时效过程中则还会有γ″-Mg70Gd15Zn15相和γ′-MgGdZn相存在。最后,对该系合金的析出强化机制和未来的发展方向进行了阐述。

挤压温度对累积挤压工艺制备的异质结构Mg-Gd合金复合板组织演化和力学性能的影响

研究挤压温度对累积挤压工艺制备的异质结构Mg-1Gd/Mg-13Gd复合板显微组织和力学性能的影响。结果表明,当挤压温度为330℃时,Mg-1Gd/Mg-13Gd复合板在连续层之间形成明显的晶粒尺寸差异,随着挤压温度从380℃增加到430℃时,这种差异逐渐消失。此外,细晶层中再结晶晶粒的生长速度快于粗晶层。而且,Gd元素的扩散能力随着挤压温度的升高而增强,促进细晶层中析出相的增加和粗化。拉伸测试表明,380℃下的挤压试样具有优异的强度和塑性结合。这主要归因于粗、细晶层之间的不均匀织构、形变诱导强化和硬化的协同作用。细晶层有利于柱面滑移的激活,而粗晶层有利于基面和锥面滑移的激活,尤其是在380℃时更为显著。锥面滑移的激活有助于协调进一步的塑性变形。

Mg-Gd系合金的合金化研究进展

Mg-Gd系合金具有质量轻、强度高、耐热性能好等优点,在航空航天领域的应用前景广阔。然而,简单的Mg-Gd二元合金通常重稀土含量很高,综合力学性能也不够完善,已不能满足新型镁合金轻质、高强、低成本的设计理念。为了进一步提升该系合金的性能,迄今已开展了大量研究,主要的改良方案包括:(1)恰当的热处理工艺;(2)必要的变形加工技术;(3)合理的成分优化设计。其中,通过合金化方法不断优化成分配比创造出优良的新型合金是改善Mg-Gd系合金性能的根本方法。鉴于化学成分是影响合金微观组织与力学性能的重要因素,本文综述了合金化元素Ag、Al、Zn、Ca、Si、Mn以及各种稀土元素(RE)对Mg-Gd系合金组织与性能的影响,并展望了其合金化的发展方向。例如,通过添加Zn、Cu、Ni等元素,在保留Mg-Gd系合金中原有纳米级析出相的基础上,还能在组织中形成新的长周期有序堆垛的结构相,从而实现多相协同强化合金的目的。另外,由于稀土元素价格昂贵且不易获得,若能用常见的Al、Mn、Si等非稀土元素代替部分稀土元素,形成新的强化相,则在有效改善合金性能的同时还可降低合金的成本。此外,在合金成分设计上,单一元素的作用效果有限,复合添加才是Mg-Gd系合金化研究的重要发展方向。但需要特别注意的是,在多元化设计过程中某些元素之间因存在相互作用的关系而导致反应失效,例如,含Zr的MgGd系合金一般不添加Al,因为Al不仅能与Zr反应生成Al3Zr相恶化合金组织,而且还会消耗大量基体合金中的稀土元素,降低稀土的利用率。综上所述,在合金化设计过程中,必须解决两大问题:(1)通过合金化元素种类之间的合理搭配,创造出新型合金系列;(2)确定该系列合金中各种元素的最佳含量比,从而使其性能得到进一步优化。本文分析总结了Mg-Gd系合金在合金化方面的研究进展,分别对LPSO形成元素、非LPSO形成元素、稀土金属元素以及非金属元素对Mg-Gd系合金的作用效果进行了讨论,展示了各种元素在该系合金中的研究现状并展望了其应用前景,以期为今后镁合金的合金化设计提供参考。

微量Zn对Mg-Gd系合金凝固微观组织演化的影响

利用同步辐射X射线原位成像技术实时、动态观测了微量Zn对Mg-15Gd合金凝固组织演化的影响,定量分析了不同Zn含量(0,1wt%、2wt%)下的枝晶生长速度、二次枝晶臂间距及尖端半径的演化规律。研究发现,在恒定温度梯度和冷速下,添加微量Zn,Mg-Gd系合金枝晶的生长速率V、二次枝晶臂间距λ和尖端半径R均变大,其具体关系为V(2%Zn)>V(1%Zn)>V(0Zn)、λ(1%Zn)>λ(2%Zn)>λ(0Zn)和R(1%Zn)>R(2%Zn)>R(0Zn)。此外通过对比发现,添加1wt%Zn元素对Mg-15Gd-1Zn合金中二次枝晶间距和尖端半径有明显增大效果,但对于枝晶生长速度的促进效果并不明显。

Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金挤压T5态的高温组织与力学性能

研究了Mg-9Gd-4Y-0．6Zr合金挤压T5态在250-400℃之间的高温组织与力学性能。结果表明：该合金具有非常优异的高温力学性能，其力学性能明显优于WE54；该合金在250、300、350和400℃时的抗拉伸强度分别为348、262、150和62MPa；该合金在400℃拉伸时还具有粗晶超塑性，晶界上有再结晶的细晶，晶内有大量孪晶同时共存。

预拉伸和时效处理对挤压态Mg-Gd合金组织和力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、万能拉伸试验机等研究了不同预拉伸量(0%、5%、10%)及时效处理对挤压态Mg-4Gd合金组织和力学性能的影响。结果表明:增加预拉伸量会增加时效过程中形成的具有不规则多面体结构及Gd含量相对较低的第二相的数量,其尺寸随时效时间的延长而增加。当预拉伸量从0%增加至5%和10%时,合金的强度不断增加,但增幅逐渐减小,伸长率先迅速下降后趋于稳定。预拉伸处理与时效处理相结合可提高合金的强度但降低了伸长率,其中预拉伸10%合金在峰时效工艺下的屈服强度提高至136.29 MPa、抗拉强度提高至241.48 MPa、伸长率则降低至12.49%。与预拉伸处理相比,时效处理后合金的硬化能力和加工硬化指数值降低。合金的加工硬化率主要受预拉伸工艺的影响,但可通过后续时效处理进行有效控制。

新型稀土镁合金的研究进展

稀土镁合金因其优异的室温及高温力学性能而具有广阔的发展前景,文中详细介绍了稀土镁合金中稀土元素在铸造性能、微观组织、力学性能和耐蚀性能方面的作用,以及Mg-Y和Mg-Gd两大主要稀土镁合金系的发展现状。重点分析了目前的研究热点之一:长周期有序结构LPSO(Long Period Stacking Ordered Structure),并针对Mg-Y(-RE)-Zn和Mg-Gd(-RE)-Zn两个合金系的研究现状进行了阐述;如何提高稀土镁合金的强度、韧性、高温性能和耐蚀性能等方面的同时,解决高成本制备和环境污染问题,建立健全一个绿色的稀土镁合金产业链仍需科研工作者的进一步努力研究。

Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金的低温塑性分析

对Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金挤压T5态在-196℃条件下进行低温拉伸,低温伸长率比25℃时提高了1倍。用X射线衍射仪测定Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金晶格常数(c/a),结果表明,Gd、Y元素的加入使合金挤压T5态的c/a值降低到1.6148,c/a值的变小能降低柱面滑移系的临界剪切应力,使合金在低温拉伸时进入多系滑移。用透射电镜能观察到棱柱面与基面滑移系同时启动,结果显示该合金的低温塑性好于室温塑性。

Mg-8Gd-3Y-1Nd-0.5Zr合金挤压及时效的组织与力学性能

为了寻找更加合理的稀土镁合金塑性成形工艺和时效温度,研究了Mg-8Gd-3Y-1Nd-0.5Zr合金在400℃热挤压过程中的组织演变与力学性能。并分析了合金挤压后T5态的性能与β-Mg5Gd相的析出情况。结果表明:该合金铸锭晶粒粗大,合金热挤压发生动态再结晶使晶粒尺寸减小;合金在225℃下时效具有明显的时效硬化效果;片状相沿棱柱面的大量析出是产生峰值时效硬化的主要原因,对合金强度提高起了很大的作用。

利用同步辐射研究冷速对Mg-6Gd合金枝晶演化的影响

采用同步辐射原位成像技术对Mg-6Gd(wt%)合金在不同冷速下凝固过程中枝晶的形成进行了原位观测和研究。结果表明:在温度梯度固定在5 K/mm且冷速在0.033~1.5 K/s时,随着冷速的增大,依次可以得到柱状晶、柱状晶向等轴晶转变和等轴晶的生长过程,并且柱状晶生长速度与冷速的大小成正比,一次枝晶臂间距与冷速成反比;枝晶形核数目与冷速平方倒数1/R2之间存在特定的关系;而重力、温度和溶质差的存在是造成枝晶漂移、碰撞及旋转的主要原因。