Mn微合金化Al-Si-Cu-Mg合金显微组织及耐蚀性能研究

Al-Si-Cu-Mg系列合金具有优异的强韧性,但其中的含Cu强化相极大地影响了该系合金的耐蚀性能。因此,本文通过对不同Mn含量的Al-7Si-2Cu-0.6Mg合金进行显微组织观察和电化学分析,探究Mn元素的添加对T6热处理状态下合金微观结构和耐蚀性的影响。结果表明,Mn添加量的提高对合金显微硬度几乎没有影响,但在合金基体中可以观察到弥散相。随着Mn含量升高,合金的耐蚀性呈现先升高后降低的趋势。添加0.360%Mn(质量分数)合金具有最佳耐蚀性,腐蚀电流密度比基础合金减少了54%。腐蚀形貌观察结果表明,Mn的添加可以显著减弱合金的点蚀趋势。

Mn/Fe比对Al-Mg-Si合金组织和性能的影响

以Al-Mg-Si合金为研究对象,采用金属型铸造研究Mn/Fe比对其组织和性能的影响。结果表明:Al-Mg-Si铸态合金组织中枝晶间存在α-Al基体和大量析出相,主要以Mg_(2)Si相为主,还存在少量的共晶Si相、AlFeSi相和Al(FeMn)Si相。随Mn/Fe比的增大,合金中的晶粒逐渐变得细小圆整,且由树枝晶向等轴晶发生转变。Mn可以促进铝合金中针状的β-AlFeSi相向骨骼状、颗粒状或块状的α-Al(FeMn)Si相的转变。当Mn/Fe比为0.5时,合金的热导率达到最大值181.08 W·m^(-1)·K^(-1)。当Mn/Fe比为1.0时,合金的晶粒尺寸最小且具有最佳的力学性能,抗拉强度、伸长率和硬度相较于Mn/Fe为0.2时分别提升17.45%、49.57%和27.48%,达到167.35 MPa、17.23%、HV 62.86。

孔隙和α-Al(Fe/Mn)Si相对高压压铸Al-7Si-0.2Mg合金塑性的影响

采用高压压铸工艺制备两批次不同尺寸的Al-7Si-0.2Mg(质量分数,%)合金,获得显微组织和孔隙非均匀分布的薄壁铸件,并对比研究孔隙和显微组织对铸态合金塑性的影响。结果表明:不同铸件和不同位置样品的伸长率有较大波动(9.7%~17.9%)。当合金存在大面积孔隙时,有效承载面积减小导致由孔隙产生的应力集中使合金伸长率显著降低。当合金只存在小面积孔隙时,塑性变形过程中合金中的α-Al(Fe/Mn)Si相先于共晶硅相发生脆性断裂,α-Al(Fe/Mn)Si相的数量密度对伸长率的波动起主导作用,具有高数量密度α-Al(Fe/Mn)Si相试样的伸长率显著降低。此外,局部较高的冷却速率导致铸件α-Al(Fe/Mn)Si相数量密度的增加。

Mn对铸态及均匀化态6082铝合金组织的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、差示扫描量热法(DSC)和电导率测试仪等研究了Mn含量分别为0.7 mass%和0.5 mass%(分别命名为07Mn合金和05Mn合金)的6082铝合金铸态、均匀化态组织及析出行为。结果表明:铸态07Mn合金组织中形成了更粗大的鱼骨状结晶相,均匀化退火后,晶界处难溶结晶相转化为了微米级α-Al(Mn, Fe)Si相,并在晶内析出了纳米级的α-Al(Mn, Fe)Si相。07Mn合金中α-Al(Mn, Fe)Si相的析出激活能更低,从而析出了数量更多、尺寸更小的α-Al(Mn, Fe)Si相。通过电导率计算,确认了Mn元素会促进合金中α-Al(Mn, Fe)Si相的形核。

添加La对Ti-6Al-4V-1.5Mn合金组织与性能的影响

采用粉末冶金法制备了Ti-6Al-4V-1.5Mn-xLa(x=1、1.5、2和2.5,mass%)合金,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电子万能试验机等研究了合金经固溶时效处理后的微观组织和性能。结果表明:添加稀土元素La后,Ti-6Al-4V-1.5Mn合金的组织出现了明显的细化现象,组织中存在弥散分布的稀土氧化物La_(2)O_(3),对基体起到弥散强化的作用。随稀土元素La含量的增加,合金的抗拉强度和伸长率先增加后降低,当La元素含量为2%时,合金的抗拉强度和伸长率最佳,拉伸断口为准解理断裂。

激光熔覆FeCoCrNiMn_(x)高熵合金涂层摩擦学性能的试验研究和分子动力学模拟

采用激光熔覆技术制备了FeCoCrNiMn_(x)(x=0,0.25,0.50)的高熵合金涂层,系统地研究了添加不同摩尔比的Mn对涂层的显微组织、硬度以及摩擦学性能的影响.采用分子动力学模拟的方法研究了FeCoCrNiMn高熵合金涂层的原子尺度变形和磨损行为.FeCoCrNiMn_(x)高熵合金涂层由单一的面心立方晶格(FCC)型固溶体组成.结果表明,Mn的掺杂提高了涂层的减摩性和耐磨性,摩擦系数为0.66的Mn_(0.5)涂层在各涂层中具有最优的减摩擦性能.与基材Q235钢[磨损率为12.2×10^(-5)mm^(3)/(N·m)]和FeCoCrNi涂层[磨损率为4.99×10^(-5)mm^(3)/(N·m)]相比,Mn_(0.5)涂层[磨损率为4.03×10^(-5)mm^(3)/(N·m)]的耐磨性分别提高了66.96%和19.23%.分子动力学模拟结果表明,Mn掺杂通过摩擦诱导的FCC变到HCP(密排六方),掺杂Mn可增强应变硬化.根据位错演化模式确定,Mn_(0.5)涂层的变形机理是相变诱发塑性(TRIP),从而同时提高了涂层的塑性、强度和加工硬化率.

高熵型MnCuNiFeZn阻尼合金的高温阻尼行为与相变特征

制备了新型MnCuNiFeZn高熵阻尼合金,利用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、动态热机械分析仪(DMA)与热膨胀仪等研究其微观组织、阻尼特性以及相变特征。研究表明,在固溶以及不同时效工艺下,MnCuNiFeZn合金均为单一母相,合金晶粒大小均匀,呈现出高位错密度特征。随着时效时间的延长,合金常温下发生磁性转变,但常温段的内耗值很低;在673 K以上的高温域,MnCuNiFeZn合金因相变使得内耗值急剧提高。

环境因素对Fe-17Mn合金阻尼性能的影响

本工作采用真空中频感应熔炼的方法制备了名义成分为Fe-17Mn(质量分数,%)的合金。首先,将合金在1150℃保温15 h进行均匀化处理,然后在1100℃对其进行热锻加工,最后在1000℃进行2 h的退火处理,研究了在不同应变振幅、外加载荷、环境温度以及不同振动频率下合金阻尼性能的变化规律。结果表明:退火后的Fe-17Mn阻尼合金主要由ε-马氏体和γ-奥氏体组成,马氏体呈现典型的板条状结构。在单个晶粒内马氏体板条之间相互平行排列,在不同晶粒内的马氏体板条取向不同。合金的阻尼性能随应变振幅的增大总体上呈现逐渐增加的趋势,尤其是在较低振幅范围内表现得尤为显著。在一定程度上增大外加载荷和升高环境温度对合金阻尼性能都是有益的。在相对较低的振动频率(1~20 Hz)下,Fe-17Mn合金的阻尼性能在整个应变振幅范围内随振动频率的增加没有发生明显变化。然而,当振动频率增加至100 Hz时,合金的阻尼性能在一定应变振幅范围内(0.00013~0.00046)得到明显增强。

Mn含量对激光熔覆FeCoCrNiMn_(x)高熵合金涂层高温摩擦学性能的影响

高熵合金涂层在提高钢基体的耐磨减摩性能方面具有巨大潜力,为探究不同Mn含量对激光熔覆FeCoCrNiMn_(x)高熵合金涂层高温摩擦学性能的影响,利用激光熔覆技术成功在Q235钢表面制备了FeCoCrNiMn^(x)(x=0,0.25,0.5,0.75,1.0)五种高熵合金涂层。通过XRD、SEM和EDS等表征方法,以及高温摩擦磨损试验等性能测试手段,对涂层的相组成、微观形貌以及高温摩擦学性能进行了系统分析,并探讨了其在高温下的耐磨减摩机理。结果表明:五种高熵合金均形成了简单的固溶体相,并无复杂相生成。相比于基材,五种涂层在高温下的耐磨减摩性能均得到显著提升。随着Mn含量的增加,涂层的平均摩擦系数呈先下降再上升的趋势,但均低于不含Mn元素的涂层。对于高温耐磨性能,五种涂层的磨损率随Mn含量的增加呈阶梯式下降。当x=1时,磨损率为最低的2.71×10^(-4)mm^(3)/(N·m),相比于基材和不含Mn元素的涂层分别降低了61.2%和33.9%。涂层在高温下的磨损形式由氧化磨损和磨粒磨损主导。

TC2钛合金中Mn元素挥发规律的分析研究

本文研究了TC2钛合金经过一次真空自耗熔炼和二次真空自耗熔炼后,成分中易挥发元素Mn的挥发规律。对铸锭外圆不同部位和二次锭头、尾横截面部位的Mn元素挥发程度进行了试验和检测分析,结果表明:经过一次真空自耗熔炼后铸锭局部Mn元素的挥发损耗为6%;经过二次真空自耗熔炼后Mn元素的挥发损耗为40%~50%;尾部横截面上Mn的分布均匀性更差。

稀土铈变质处理Mg-5Al-4Ca-0.8Mn合金的组织与力学性能

采用稀土Ce对Mg-5Al-4Ca-0.8Mn合金进行了变质处理,采用OM、SEM、硬度测试、拉伸试验研究了Ce添加量对Mg-5Al-4Ca-0.8Mn合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:稀土Ce对Mg-5Al-4Ca-0.8Mn合金有较好的变质效果。Ce添加量为0.8%时,合金晶界清晰,组织均匀性最佳,细化效果最好。Ce添加量增加到1.2%时,合金组织细化效果减弱。随着Ce添加量的增加,合金的硬度、抗拉强度和伸长率均先升高后降低,Ce添加量0.8%的合金的硬度、抗拉强度和伸长率均达到最大值,综合力学性能最好。

Mn元素对Al-Si合金富铁相析出影响的热力学计算

本研究选取不同Mn元素含量的Al-7 wt%Si-0.2 wt%Fe铝液为研究对象,利用热力学软件定量计算了Mn元素添加量对铝液Scheil-Gulliver冷却凝固过程的析出相。结果表明:不同Mn元素含量的铝液冷却过程中相转变顺序有所不同,添加一定量的Mn元素可利于铝液凝固过程中析出Al3MnSi2相;添加Mn元素并不会大幅减少完全凝固后β-AlFeSi相的质量比,且不同Mn元素含量的铝合金中β-AlFeSi相质量比相差不超过1%,说明难以通过添加Mn元素来减少铝液完全凝固后的β-AlFeSi相质量比;铝液凝固末期,β-AlFeSi与Al3MnSi2发生共晶反应,Al3MnSi2对β-AlFeSi的形貌可能具有改性作用,是β-AlFeSi与Al3MnSi2的共晶相呈现出不规则形状的主要原因。

灭菌温度对超细晶Zn-0.3Mn合金力学和腐蚀性能的影响

通过大塑性变形(铸造-热挤压-多道次旋锻)制备了面向医用骨科植入应用领域的可降解超细晶(UFG)Zn-0.3Mn合金(Original),进而研究了其在低温灭菌(t 55)、蒸汽灭菌(t 120)和干热灭菌(t 180)温度状态下微观组织、力学性能、腐蚀性能的变化。研究发现:随着灭菌温度的提高,合金再结晶程度逐步加剧,主相晶粒尺寸和MnZn 13相颗粒尺寸均有所增加;力学性能方面,合金的纳米硬度和弹性模量会随着灭菌温度升高而逐渐提高;腐蚀性能方面,归因于晶界密度和MnZn 13相比例降低,减少了腐蚀起始点,合金腐蚀速率逐步下降。因而,灭菌温度会对可降解超细晶Zn-0.3Mn合金微观组织、力学性能和腐蚀性能产生足够大的影响,对于锌基植入器械的灭菌方法要尽量避免升温过程。

热轧变形量对Al0.4Mg0.2Mn0.1Sn阳极合金电化学性能的影响

添加适量的Mg、Mn和Sn等合金元素制备了性能良好的Al0.4Mg0.2Mn0.1Sn阳极合金。采用析氢速率测试、电化学测试、恒流放电测试、显微组织和腐蚀形貌观察,分析不同热轧变形量对该阳极合金活性的影响。结果表明:适当的热轧变形量使阳极合金组织均匀,晶粒宽度变小,晶粒细化;适当的热轧变形量提升了该阳极合金的电化学性能,降低了腐蚀速率,改善了腐蚀形貌。Al0.4Mg0.2Mn0.1Sn阳极合金在60%热轧变形量下,自腐蚀速率最低,为0.167 mL(min·cm^(2));在60 mA/cm^(2)电流密度下的放电电压达到1.27 V,最大功率密度为53.65 mW/cm^(2)。

正挤压挤压比对Mg-4Sn-2Zn-0.5Mn合金组织和性能的影响

对Mg-4Sn-2Zn-0.5Mn合金进行了不同挤压比的正挤压试验,并对挤压态合金进行180℃的时效处理。采用OM、TEM、拉伸试验、硬度测试和断口形貌观察,研究了不同挤压比正挤压以及时效对Mg-4Sn-2Zn-0.5Mn合金组织与力学性能的影响。结果表明:随着挤压比的增加,Mg-4Sn-2Zn-0.5Mn合金动态再结晶越来越充分,晶粒不断细化,组织均匀性逐渐提高。挤压比25时,合金动态再结晶完全。随着挤压比的增加,合金的抗拉强度、屈服强度逐渐升高,伸长率逐渐下降。时效处理进一步提高了挤压态合金的硬度与强度。随着时效时间的增加,挤压比25挤压的合金硬度先升高后降低,时效42 h时合金的硬度达到最大值83.7 HV,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为382.5 MPa、335.4 MPa和8.2%。

均匀化退火工艺对中高强Al-1.1Mg-1.2Si-0.7Mn合金挤压棒材组织性能的影响

采用SEM、拉伸测试、硬度分析、电导率测量等仪器和方法研究了均匀化退火工艺对中高强Al-1.1Mg-1.2Si-0.7Mn合金挤压棒材组织性能的影响。结果表明:试验合金低熔点共晶开始熔化温度为587℃。单级均匀化退火条件下,随均匀化退火温度的升高,铸锭及挤压制品中Mg_(2)Si逐渐减少,挤压棒材表面粗糙度逐渐降低,但粗晶环厚度显著增加(超过525℃后显著增加)。此外,为研究低温均匀化退火对含Mn相析出程度的影响,还开展了低温(430℃3 h)+高温(550℃8 h)和高温(550℃8 h)+低温(430℃3 h)的双级均匀化退火试验,双级均匀化对控制含Mn相析出、抑制粗晶作用不明显。不同工艺均匀化退火的铸锭对挤压棒材T6态性能影响不大。

Mn,Zr对Mg-Gd-Y合金组织与力学性能的影响

研究了微量Mn、Zr对Mg13%Gd和Mg9%Gd4%Y合金铸态和挤压后的微观组织及力学性能的影响。结果表明:在铸态,含Zr合金的晶粒明显小于不含Zr的合金,而Mn对合金的铸态显微组织影响不大;将Mg9%Gd4%Y0.6%Mn和Mg9%Gd4%Y0.6%Zr合金挤压后,都可以得到非常细小均匀的等轴晶,晶粒尺寸约14μm;这两个合金在挤压时效态(T5)的力学性能都明显优于WE54合金的,且Mg9%Gd4%Y0.6%Zr合金比Mg9%Gd4%Y0.6%Mn合金性能更好。

Mn和Zr对新型Al-Mg-Si-Cu合金组织与性能的影响

研究了 Mn 和 Zr 对新型 Al-Mg-Si-Cu 合金的显微组织和机械性能的影响,并采用 XRD,EDAX 和 TEM分析了合金中析出相的类型和成分。结果表明:单独添加 Zr,合金的强度降低,塑性提高;复合添加 0.3%Mn和 0.08%Zr,合金-T6 的组织中出现了大量的粒状或条状 AlCrMnFeSi 相,合金的强度和塑性均有所提高;继续增加 Mn 和 Zr 的含量,由于合金中时效强化相——Mg2Si 数量的显著减少和粗大 AlCrMnFeSi 相的增加,造成合金性能下降。

Mn和Cr对Al-Mg-Si-Cu合金组织及性能的影响

通过金相观察、拉伸性能测试、X射线衍射、扫描电镜及能谱分析,研究了Mn、Cr对Al-Mg-Si-Cu铝合金微观组织及拉伸性能的影响。结果表明:添加Mn和Cr均能促进Al-Mg-Si-Cu合金铸锭形成粗大结晶相化合物,并且添加Mn的合金中形成的结晶相更多;均匀化过程中Mn和Cr均能促进结晶相由Al5FeSi型向Al8Fe2Si型转变,并且同时添加Mn和Cr的促进作用更加显著;添加Mn、Cr均能抑制变形晶粒在固溶处理时发生再结晶和晶粒长大,并且由单独添加Cr、单独添加Mn到同时添加Mn和Cr,抑制作用逐渐增强;添加Cr对合金强化作用有限,而添加Mn能显著提高合金强度。

Mn-Cu阻尼合金时效过程中晶体结构的变化

研究了时效时间、时效温度对ZMnD - 1J四元锰铜合金阻尼性能的影响规律 ,进而借助X射线衍射仪 ,系统地研究了该合金时效过程的晶体结构变化规律。结果表明 :ZMnD 1J四元锰铜合金阻尼性能对时效温度非常敏感 ,阻尼性能只在一个很小的温度区间才能获得 ,在 4 30℃时效可获得最佳的阻尼性能 ;该合金阻尼性能对时效时间也非常敏感 ,最佳阻尼性能只在时效 2h才能获得 ;合金的阻尼性能与晶体结构有着密切的联系 ,只有面心正方的晶体结构才能赋予材料高阻尼特性 。