时效态Mg-Gd-Y-Zr镁合金压缩性能和组织演变

采用Gleeble-3500热模拟机对时效态Mg-10Gd-3Y-0.5Zr(GW103)和Mg-12Gd-3Y-0.5Zr(GW123)稀土镁合金在变形温度为25～350℃、应变速率为0.01s-1、最大变形程度为1的条件下进行压缩模拟试验,利用金相显微镜和扫描电镜观察组织变化。结果表明:GW103和GW123合金的室温抗压强度分别为419MPa和460MPa;150～200℃时GW123合金的抗压强度大于GW103合金;当温度高于250℃时,两种合金的抗压强度相近。分析表明250℃以下压缩时,孪生变形是影响压缩力学性能的主要因素;300～350℃压缩时,晶界和变形带处发生动态再结晶是影响压缩力学性能的主要因素。

铸态Mg-Gd-Y-Zr镁合金均匀化工艺研究

通过金相组织分析和显微硬度测试,研究了不同均匀化温度和时间条件下铸态Mg-Gd-Y-Zr镁合金的显微组织和显微硬度值,分析了均匀化温度和时间对铸态合金组织变化和性能的影响。结果表明,均匀化工艺能有效消除铸造组织中沿晶界分布的大块金属间化合物,改善合金的热加工性能,在均匀化过程中温度起着主要作用。确定了铸态Mg-Gd-Y-Zr镁合金最佳的均匀化工艺为510℃×12h。

两种Mg-Gd-Y-Zr镁合金的热物理性能

对Mg-10Gd-3Y-0.5Zr(GW103)和Mg-12Gd-3Y-0.5Zr(GW123)两种高强耐热镁合金不同温度下的比热容、热导率、热扩散系数和线膨胀系数进行了测定。测试结果显示,在相同温度下GW103合金比GW123合金的比热容大;在200℃以下时GW103合金比GW123合金的热导率大,在200℃以上时GW123合金比GW103合金的热导率大;在温度增加的过程中GW103合金始终比GW123合金的热扩散系数大;在相同的温度下GW103合金比GW123合金的线膨胀系数小。分析表明,合金成分和相的高温转变对两种合金的热物理性能有很大的影响。

两种成膜促进剂对Mg-Gd-Y-Zr镁合金表面铈盐转化膜耐蚀性能的影响

为了替代Cr6+化学转化膜处理工艺,在Mg-Gd-Y-Zr镁合金表面分别用苯甲酸钠和碳酸钠这两种成膜促进剂在CeCl3溶液中制备铈盐转化膜,通过正交试验方法获得了成膜的最佳工艺条件。利用扫描电镜分析手段对转化膜的微观形貌进行了分析,探讨了铈盐转化膜成膜机制。得到的铈盐化学转化膜具有优良的耐蚀性能。

微观组织和pH对Mg-Gd-Y-Zr镁合金酸雨腐蚀的影响

为探求Mg-Gd-Y-Zr合金板在酸雨环境下的腐蚀情况,采用析氢法、极化曲线、交流阻抗、扫描电镜、X线衍射仪等手段研究Mg-Gd-Y-Zr T6态合金板在不同pH酸雨中的腐蚀行为。研究结果表明:酸雨pH越低,腐蚀孕育期愈短,腐蚀电位负移,该合金板的腐蚀速率愈大;合金板在酸雨中浸泡初期腐蚀速率较快,以局部腐蚀为主;腐蚀孕育期镁合金板中α相溶解及腐蚀产物的堆积导致合金腐蚀速率减慢,表现为均匀腐蚀;当具有部分保护作用的氢氧化镁膜破裂时,腐蚀加速,出现大量点蚀坑;初期的腐蚀产物主要是氢氧化镁和氧化镁,随空气中二氧化碳在酸雨中的溶解,最终形成花瓣状的Mg5(CO3)4(OH)2.5H2O。

Mg-Gd-Y-Zr镁合金热压缩流变应力的研究

采用恒应变速率高温压缩模拟实验，对Mg-Gd-Y-Zr镁合金在应变速率为0．001～1．0s^-1、变形温度为150～500℃条件下的流变应力行为进行了研究，计算了变形激活能及相应的应力指数，建立了峰值流变应力方程。结果表明：在恒温条件下，合金的流变应力随应变速率的增大而增大；在恒应变速率条件下，合金的流变应力随温度的升高而降低；在350-500℃，0．001～1．s^-1的变形条件下，变形激活能和应力指数分别为2215kJ／mol和368；流变应力方程计算出的峰值应力与真实值基本吻合。

铸态Mg-Gd-Y-Zr镁合金的均质化处理

通过相图及金相分析,研究了Mg-Gd-Y-Zr合金在不同热处理状态下的微观组织,确定了该合金的均质化工艺参数。结果表明：经过500℃×6 h的均质化处理,合金晶界清晰,晶粒大小不变,偏析基本消除。最佳的均质化处理工艺为500℃×6 h。

轧制压下量对WE43镁合金腐蚀行为的影响

在500℃下制备压下量分别为0、25%、45%和80%的轧制WE43镁合金,并研究其在3.5 wt.%NaCl溶液中的腐蚀行为。采用光学显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)和电子背散射衍射(EBSD)对轧制WE43合金的显微组织演变过程进行表征。结果表明,随着轧制压下量增加,合金的基面织构逐渐增强,晶粒尺寸逐渐减小。此外,仅压下量为45%的合金中存在弥散分布的动态析出相。浸泡实验和电化学实验结果表明,轧制WE43合金的耐蚀性由高到底的顺序为压下量45%>压下量80%>压下量25%>压下量0。压下量45%的合金具有最好的耐蚀性,主要原因是基体中大量弥散分布的析出相能促使致密腐蚀产物膜的形成。压下量为80%合金的腐蚀速率增加是析出相回溶至基体所致。析出相是轧制WE43合金腐蚀速率的主要影响因素,而晶粒尺寸、基面织构和形变孪晶是次要影响因素。

铸造镁合金凝固过程数值模拟研究进展

镁合金以其轻量化、高比强度和良好的阻尼性能在汽车、航空航天等领域应用广泛。数值模拟通过再现铸造成形过程中的各类宏观和微观物理过程,可以调控组织、减少缺陷、提高力学性能和优化铸造工艺参数。本文综述了铸造镁合金在枝晶和共晶凝固组织模拟,偏析、气孔和热裂等缺陷模拟,以及力学性能预测等方面的研究现状,简要介绍了近两年在铸造镁合金成形工艺模拟方面的研究进展。最后,指出了当前铸造镁合金数值模拟研究存在的问题及发展方向。

中高应变速率轧制AZ31镁合金板的抗拉强度预测

本文采集了不同轧制温度、应变速率以及压下量等三个工艺参数下中高应变速率轧制的AZ31镁合金抗拉强度的27组样本,通过惯性权重、学习因子的改进和引入变异操作对PSO-BP神经网络进行改进,并与BP、PSO-BP神经网络对比,进行抗拉强度的预测。结果表明:BP神经网络不能预测AZ31镁合金抗拉强度的非线性变化,PSO-BP神经网络和改进的PSO-BP(IPSO-BP)神经网络均能较好地预测AZ31镁合金抗拉强度的非线性变化;这三个模型中IPSO-BP神经网络预测最为准确,相较于PSO-BP神经网络,其平均绝对误差从15.3764降低至3.4288,平均相对误差从5.94%降低至1.32%,均方误差从251.3662降低至20.7199,相关系数从0.7753提高至0.8937;通过Pearson相关性计算判断出应变速率、压下量对抗拉强度的影响均大于轧制温度,而应变速率与抗拉强度呈负相关关系,压下量与抗拉强度呈正相关关系。

基于Deform 3D的AZ31镁合金不对称挤压变形工艺模拟

通过Deform 3D软件模拟了AZ31镁合金不对称挤压变形工艺过程。结果表明,设置不同水平长度流动距离促使材料不对称地流入挤压通道,进而形成不对称剪切变形,出现应变及应力集中分布的不对称性,促使材料晶粒沿着剪切面偏转,获得细晶、弱织构的高性能镁合金坯料。

根部加强的镁合金搅拌摩擦焊分析

常规搅拌摩擦焊中,不同厚度的材料所适配的最佳搅拌针长度也不相同,搅拌针过长或过短都会对焊接效果产生不利影响.为了解决这一局限性,提出了一种在焊缝背面添加适当厚度同种材料垫板的新型焊接工艺,在该工艺中,搅拌针长度大于被焊板材厚度,将垫板与母材焊接在一起,一方面,降低了对搅拌针长度的要求;另一方面,可消除焊缝减薄产生的不利影响.结果表明,采用该方法分析1.5 mm厚AZ31B镁合金的对接焊,接头抗拉强度最大可达母材的91.19%,此外,分析了焊缝横截面微观组织和显微硬度分布,通过所建立的卷积神经网络模型,对接头抗拉强度随参数变化的分布情况进行了预测,获取了最佳工艺参数.

工艺参数对AZ31B镁合金单点渐进翻边精度的影响

目的以AZ31B镁合金板为研究对象,研究初始成形角、工具直径、成形温度及层间距对单点渐进圆孔翻边精度的影响规律。方法使用有限元软件对2 mm厚的镁合金板材进行数值模拟,通过计算翻边直壁处的平均回弹量,得出不同工艺参数对单点渐进圆孔翻边直壁轮廓的影响规律。通过正交实验分析了交互作用下工艺参数对圆孔翻边直壁处平均回弹量的影响,通过极差分析确定了最优工艺参数组合,并通过实验对所得结果进行了验证。结果随着初始成形角的增大、工具直径的增大、成形温度的升高及层间距的减小,圆孔翻边制件直壁处的成形精度提高,各因素按影响程度由大到小的顺序依次为:成形温度、初始成形角、工具直径和层间距。成形精度最高的工艺参数组合如下:初始成形角为30°、工具直径为10 mm、成形温度为275℃、层间距为0.5 mm。结论采用仿真模型模拟单点渐进圆孔翻边过程具有较高的准确性,使用优化后的工艺参数得到翻边零件直壁区域的最小厚度以及平均回弹量与仿真结果误差均在3%以内,升高温度可以明显提高单点渐进圆孔翻边的制件精度。

镁合金表面DCPD涂层的制备及其界面结合机制研究

目的研究CaHPO_(4)·2H_(2)O(DCPD)与Mg的界面结合机制,以提高DCPD在镁合金表面的界面结合强度。方法利用电镀法在AZ31镁合金表面制备DCPD涂层,采用SEM、XRD、XPS等对涂层形貌及结构进行表征。同时,运用分子动力学模拟(MD)对DCPD在Mg表面形成机制进行研究,通过统计界面层中不同组分的径向分布函数、密度分布、均力势、总能量等的变化,揭示DCPD/Mg的界面结合能、结合位点及结合方式。结果通过电镀法形成的DCPD涂层形貌为致密的荷花瓣状晶体,主要成分为CaHPO_(4)·2H_(2)O。模拟结果表明,CaHPO_(4)·2H_(2)O的4个晶面(010)、(-120)、(11-1)、(111)、(-120)与Mg的结合能最强(163.63 kJ/mol)。其中起“铆钉”作用的基团是HPO_(4)^(2-)和H_(2)O,结合位点主要为O与Mg,即HPO_(4)^(2-)和H_(2)O通过静电作用及范德华力与Mg形成Mg-HPO_(4)^(2-)和Mg-H_(2)O偶极对。研究发现,形成的偶极对中HPO_(4)^(2-)及H_(2)O的配位数分别为0.75和1.16,Mg-H_(2)O的解离能更大,结构更稳定。结论提出改善DCPD/Mg结合强度的方法,电镀前可将镁合金置于NH4H_(2)PO_(4)溶液中浸泡片刻,促进CaHPO_(4)·2H_(2)O(-120)晶面的形成。

稀土镁合金表面激光熔覆AlSi12/TiN复合涂层的组织及性能研究

采用高速激光熔覆技术在Mg-Gd-Y-Zr镁合金表面制备了AlSi12/TiN复合涂层。通过光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、摩擦磨损实验以及电化学分析测试等方法,研究不同含量陶瓷强化相Ti N涂层的显微结构、熔覆层结合强度、摩擦磨损性能以及耐腐蚀能力。结果表明,复合涂层主要由α-Mg、Mg_(2)Si枝晶、Al_(12)Mg_(17)、Al_(3)Mg_(2)金属间化合物以及Ti N强化相组成。由于存在强化的第二相和细化的晶粒,AlSi12/TiN复合涂层的摩擦系数、维氏硬度及结合强度分别达到0.45、210 HV0.1和40 MPa。此外,与镁合金基体相比,腐蚀电位提高683 m V,自腐蚀电流密度降低了2个数量级。利用激光熔覆技术可在Mg-Gd-Y-Zr镁合金表面制备结合强度高的Al Si12/TiN复合涂层,有合适含量强化相存在的涂层显著提高了基体表面的耐磨损与耐腐蚀性能。

镁合金表面热喷涂WC-10Co-4Cr粒子沉积及分布特性

为了探究高速空气燃料热喷涂(activated combustion-high velocity air fuel,AC-HVAF)过程中喷涂粒子撞击基材后的沉积特性。采用AC-HVAF热喷涂技术在AZ80镁合金基体上沉积WC-10Co-4Cr硬质涂层。通过离散沉积实验获得薄层沉积粒子,探讨各种沉积形貌的种类、形成原因、结合机制及射流中粒子的径向和轴向分布。结果表明:在AC-HVAF粒子沉积过程中,嵌入型沉积为主要的沉积形貌,同时包含少量的破碎型与空腔型沉积粒子。在涂层的形成过程中,嵌入型沉积对涂层/基体结合性能起重要作用;空腔型沉积的小颗粒及破碎型沉积的大颗粒是造成沉积效率下降的主要原因。喷涂粒子主要集中在射流中心,越靠近射流边缘,空腔型沉积粒子越多,最终导致AC-HVAF粒子射流呈现出空间分布特征。

大规格薄壁镁合金无缝管二辊斜轧穿孔的数值模拟

目前,采用三辊斜轧穿孔的大规格薄壁镁合金管容易出现尾三角。因此,本文提出采用二辊锥辊穿制坯料直径为110 mm的大规格AZ31镁合金薄壁无缝管的方法。分析了二辊和三辊斜轧穿孔的原理,根据镁合金材料的特点,制定了相应的变形工艺参数,并采用Deform-3D有限元软件对整个过程进行了数值模拟。分析了等效应变、轧制速度、等效应力等结果。模拟结果表明,管形均匀,尾部截面圆整。

电流模式对Mg-Zn-Ca镁合金微弧氧化涂层孔隙及耐腐蚀性的影响

分别采用单极、双极和混合电流模式在Mg-Zn-Ca合金基板上制备3种微弧氧化涂层。通过扫描电镜(SEM)和三维激光扫描共聚焦显微镜测量了涂层的孔隙尺寸、表面形貌和表面粗糙度,涂层的物相结构采用X射线衍射仪进行表征,应用电化学工作站和500 h的盐雾腐蚀对3种涂层进行耐腐蚀性研究。结果表明:3种涂层均主要由MgO、Mg_(2)SiO_(4)、Mg_(2)SiO_(3)相组成,混合电流模式下得到的涂层表面光洁度更好,表面气孔尺寸达到(5.52±0.63)μm;同时较小的孔隙形成了屏障阻隔效应,使其耐蚀性高于单极和双极模式涂层的。

镁合金尾翼类构件径向同步加载工艺研究

目的针对常规挤压工艺成形尾翼类构件飞行时翼片径向产生挠曲变形的问题,提出了一种可调控金属流动的径向同步加载成形方法。方法结合ANSYS、Deform-3D有限元模拟和物理实验,分析径向同步加载的金属流动行为、等效应变和金属流线分布,通过拉伸实验测试成形翼片挤压方向(Extrusion Direction,ED)和横截面方向(Transverse Direction,TD)的力学性能,并通过观察显微组织揭示径向强化机理。结果径向同步加载通过对坯料施加周向压应力促进了金属径向流动,形成了沿径向分布良好的金属流线,有利于提升径向力学性能;采用该工艺试制构件表面质量良好,无宏观缺陷,且形成沿径向分布的宏观流线;翼片径向力学性能显著提升,屈服强度提升了57.8 MPa,抗拉强度提升了80.1 MPa,延伸率提升了1.4%,其强塑性的提升与纤维组织和块状LPSO相的纤维强化密切相关。结论实现了尾翼类构件的径向同步加载整体成形,通过调控金属流动形成径向分布良好的金属流线,提升了成形翼片径向强度,为高性能镁合金尾翼类构件的整体成形提供了理论基础和技术支撑。