Mg-8Gd-(0,3)Sm-0.5Zr合金的动态再结晶生长动力学

利用铸造法制备了Mg-8Gd-(0,3)Sm-0.5Zr合金,并进行了525℃均匀化处理8 h,随后在温度为350~500℃及应变速率为0.002~1 s^(-1)的条件下进行热压缩试验,绘制并分析合金热压缩后的真应力-真应变曲线,构建其动态再结晶生长动力学双参数模型,并分析了合金生长动力学曲线特点及显微组织特征。结果表明:两种合金在热压缩时均发生了动态再结晶,通过双参数模型绘制动态再结晶动力学曲线,发现在高温低应变速率热压缩时,在真应变约0.2时,合金的动态再结晶的体积分数迅速增加至90%以上。对比分析Sm元素添加后的动态再结晶动力学曲线,发现Sm元素促进动态再结晶的进行,尤其在高温低应变速率热压缩时,在变形初期Sm的促进作用更明显。

不同预时效挤压态Mg−Gd−Y−Zn−Zr合金的再结晶行为和强化机制

通过控制预时效时间制备3种不同状态的试样,研究不同预时效状态对挤压态Mg−9.5Gd−4Y−2.2Zn−0.5Zr(质量分数,%)合金的动态再结晶行为(DRX)和性能的影响。结果表明,欠时效挤压(UAE)样品的细晶体积分数为17.4%,而峰时效挤压(PAE)和过时效挤压(OAE)样品的细晶体积分数分别达到89.7%和50.4%。在晶粒内部和晶界处分布的致密、细小的β颗粒相通过粒子激发形核机制显著提高了形核位点和位错密度。然而,致密针状γ'相抑制位错滑移,延迟DRX形核。PEA和OAE样品中细小晶粒的差异归因于原始颗粒相的数量和尺寸的不同,而其拉伸性能的差异归因于不同的显微组织。由于晶界强化和析出强化机制的贡献更大,PAE样品具有更优异的拉伸性能。

退火工艺对Mg-4.0Zn-0.8Zr合金组织与性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、拉伸试验、浸泡腐蚀试验等手段,研究了不同温度退火对热轧态Mg-4.0Zn-0.8Zr合金组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明:热轧态Mg-4.0Zn-0.8Zr合金晶粒沿着轧制方向被拉长。320℃退火合金组织仍保持热轧态纤维状形貌,360℃退火合金再结晶完全,晶粒为均匀的等轴晶,退火温度再升高,合金晶粒均匀性变差。随着退火温度的升高,合金的抗拉强度不断下降,伸长率先升高后降低,腐蚀速率先降低后升高。360℃退火的合金伸长率最高,为22.1%,腐蚀速率最低,为0.24 mm/a,其抗拉强度为250.4 MPa。

固溶和挤压对Mg-2.0Zn-1.0Y-0.5Zr合金组织与性能的影响

通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)、拉伸实验和浸泡测试等研究了固溶和挤压对Mg-2.0Zn-1.0Y-0.5Zr(mass%)合金组织和性能的影响。结果表明:固溶处理可以明显降低合金中的第二相数量,提高合金的屈服强度、极限抗拉强度、伸长率和耐蚀性;热挤压可明显细化合金晶粒,大幅提高合金的屈服强度和极限抗拉强度,但却降低其伸长率和耐蚀性。440℃固溶10 h的合金有较低的腐蚀速率,为(0.304±0.021)mm/y;进一步460℃挤压后合金的力学性能最好,其屈服强度、极限抗拉强度和伸长率分别为(293.9±4.8)MPa、(317.1±5.5)MPa和(16.7±1.5)%。

微量元素Zr对高温合金铸件凝固缺陷及持久性能的影响

高温合金中微量元素含量虽然极低,但是其对合金的高温性能产生的重要作用不可忽略。以Zr为例,其存在对高温合金铸造特性和高温力学性能的影响仍需要进一步探索。研究了微量合金元素Zr对K417合金凝固过程中凝固缺陷的形成、组织演变以及持久性能的影响。研究结果表明,Zr的加入会影响合金铸态组织中共晶组织的含量,同时也影响凝固过程中的固液相线。随着Zr含量的增加,凝固温度区间先下降后增加;从而影响合金铸造流动性以及组织凝固缺陷的形成。900℃、314 MPa下的持久性能测试结果表明,随着Zr含量的增加,寿命先延长后降低,Zr含量为0.07%时达到最大值。为铸造高温合金母合金中微量元素含量的控制,提高铸件冶金质量提供实验支撑。

Zr对Al-Si-Mg-Mn合金凝固过程、时效组织和性能的影响

通过模拟计算、组织观察以及力学性能测试,研究了不同Zr含量对铸造Al-Si-Mg-Mn合金凝固过程、时效组织及力学性能的影响。结果表明,随着Zr含量增加,合金凝固路径存在显著差异,晶粒由初期树枝晶逐步演变为等轴晶;175℃时效7 h条件下,Zr的加入显著提高合金硬度。Zr的加入促使析出相在更低时效温度析出,这可能是Zr细化了晶粒从而提高了扩散效率。峰值时效时合金主要析出相为β″相和Q′相。

固溶处理对Mg-1.5Er-1.0Zn-0.3Zr合金组织和性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电化学实验和拉伸实验等研究固溶处理对Mg-1.5Er-1.0Zn-0.3Zr合金组织、耐蚀性能和力学性能的影响。结果表明:铸态合金的显微组织主要由α-Mg基体、Mg_(3)Er_(2)Zn_(3)、Mg_(24)Er_(5)和MgErZn_(2)相组成。经固溶处理后,第二相逐渐溶解在镁基体中,且合金平均晶粒尺寸有不同程度的增大。合金经460℃固溶处理8 h后的综合性能较好,其腐蚀速率为(0.44±0.051)mm/y,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为(227.97±4.84)MPa、(137.96±5.03)MPa和(14.42±1.06)%。

Zr添加及冷轧形变对TiNi合金微观结构及力学性能的影响

采用真空电弧熔炼+吸铸制备Ti_(50-0.5x)Ni_(50-0.5x)Zr_(x)系列合金。金相观察和拉伸力学性能测试表明,添加微量的Zr可有效减小晶粒尺寸而呈现更高的抗拉强度和断后伸长率,过高的Zr含量易导致脆性金属间化合物Zr_(2)Ni的生成而降低力学性能。对Ti_(49.9)Ni_(49.9)Zr_(0.2)合金进行多道次冷轧形变和退火处理,结果表明:Ti_(49.9)Ni_(49.9)Zr_(0.2)合金的抗拉强度σb及断后伸长率δ均随冷轧退火道次的增加而提高,经过四道次的冷轧变形后,二者分别由未经轧制的561 MPa,11.14%提高到768 MPa,35.1%。SEM和TEM微观观察表明,冷轧过程中沿晶分布的硬质Ti_(2)Ni颗粒被剪切、破碎、细化,呈不连续分布。700℃退火处理后,形变组织发生回复再结晶,出现纳米晶和非晶区,且随冷轧形变的增加,基体中可见大量的板条状纳米孪晶组织和高密度位错。

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。

微量Zr添加对6082铝合金热变形再结晶组织演变的影响

为探究微量Zr合金化对6082铝合金热变形组织及其后续热处理过程中再结晶的影响,对比研究6082铝合金和含Zr的6082铝合金在不同应变速率(0.01,1 s^(-1))下的热变形行为及微取向演变,分析热处理前后晶粒组织的演变过程,进一步讨论添加Zr对6082铝合金的热变形亚晶组织和再结晶组织的调控作用。结果表明:添加Zr使6082铝合金在热变形过程中的再结晶以不连续动态再结晶为主,同时也发生了粒子激发形核(particle stimulated nucleation,PSN)机制产生的再结晶,在热变形过程中,Zr还起到了抑制再结晶的作用。微量Zr合金化后亚晶尺寸减小、位错密度增加,再结晶水平降低,且应变速率越高的试样再结晶水平越低,Zr的加入促进了6082铝合金在热变形过程中不连续动态再结晶的产生。

Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金连续降温压缩扭转组织演变

采用Gleeble-3500热力拟试验机对Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金棒材进行了热压缩扭转实验,变形过程中采用连续降温,温度范围为420~480℃,降温速率为10℃·s^(-1)。分析了变形后试样微观组织的演化规律。结果表明,形成了梯度组织;随棒状试样半径的增加,晶粒尺寸、LPSO相尺寸及ED//<0001>织构强度均减小。晶内LPSO相发生了机械破碎和扭折;块状LPSO相发生溶解,形成条纹状结构,部分条纹状结构在外力条件下发生扭折。变形过程中主要发生了连续动态再结晶及LPSO相激发的再结晶。连续降温有利于再结晶形核,产生大量细小的动态再结晶晶粒,抑制了再结晶晶粒长大和ED//<0001>织构强度增加。

含不同初始织构的Mg−Gd−Y−Zn−Zr合金热轧板材的显微组织和力学性能

通过光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射、透射电子显微镜和拉伸试验研究含不同初始织构的Mg−4.7Gd−3.4Y−1.2Zn−0.5Zr(质量分数,%)合金热轧板材的显微组织和力学性能。结果表明,初始织构为0001//RD(板材轧向)的板材获得相对较粗的晶粒和双峰基面织构;而初始织构为0001//TD(板材横向)的板材动态再结晶程度更高,因此,获得更细的晶粒尺寸和较强的0001//ND基面织构。此外,在两种板材中均发现沿RD拉长的不规则形状LPSO相,这种LPSO相导致各向异性的承载强化行为,并进一步引起板材的屈服各向异性。对强化机理的分析表明,晶界强化对轧制板材的强化效果最好。由于具有较小的晶粒尺寸和LPSO相带来的承载强化效果,初始织构为0001//TD的板材在RD方向上获得最高的屈服强度。

第二相体积分数对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金力学性能的影响

采用万能拉伸试验机、SEM、EDS及XRD对固溶处理后的Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金力学性能、第二相形态、化学成分进行了分析,并利用Image-Pro-Plus软件对第二相体积分数进行了统计。结果表明:固溶处理后,合金中仍有大量不同形态、成分的第二相,主要是灰色块状LPSO相、灰色棒状LPSO相和白色点状富稀土相。随着固溶时间的增加,Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的抗拉强度与伸长率表现出先降低后升高的变化规律。在510℃固溶16 h,合金的抗拉强度与伸长率达到最小值,分别为196.77 MPa、3.8%。510℃固溶10~16 h,LPSO相体积分数不变,富稀土相体积分数增加,富稀土相质地较脆,受力时容易破碎,成为裂纹萌发和扩展的源头,使合金抗拉强度、伸长率均降低。510℃固溶16~19 h,富稀土相体积分数减少,合金的力学性能增加。

Zr含量对5083铝合金铸轧板组织和性能的影响

采用立式双辊铸轧机制备了Zr含量为0%~0.25%(质量分数,下同)的5083-xZr铝合金铸轧板。采用光学显微镜和扫描电镜对铸轧板边部与心部的组织进行观察分析。利用电化学工作站和电子万能试验机对铸轧板的耐腐蚀性和室温拉伸性能进行检测,系统研究了Zr含量对5083铝合金铸轧板的微观组织及性能的影响。研究结果表明,Zr对5083铝合金铸轧板的晶粒有明显的细化作用,随着Zr含量的增加,晶粒的细化作用增强,边部晶界上的析出相增多,心部粗大的共晶相得到改善,铸轧板的力学性能提升。在四种成分的合金中,当Zr含量为0.25%时,合金的耐腐蚀性较佳,自腐蚀电位为-654.5 mV,腐蚀电流衰减到1.37×10^(-7)A/cm^(2)。此时,板材的边部晶粒尺寸为46.87μm,心部晶粒尺寸为32.55μm,铸轧板的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为137.12 MPa、98.37 MPa和10.21%。

Zr对铸态Mg-6Bi合金微观组织和力学性能的影响

为探清Zr元素对Mg-6Bi合金微观组织与力学性能的影响规律,制备了铸态Mg-6Bix Zr(x=0,0.5,1.0wt.%)合金,采用SEM、EDS、XRD和电子力学试验机等仪器设备对其微观组织和力学性能进行表征和测试。试验结果表明,铸态Mg-6Bi合金微观组织中树枝晶平均尺寸约为(302±46)μm,且晶界处存在大量尺寸在1~90.12μm之间的Mg3Bi2相。采用0.5%~1.0%Zr元素合金化不但可以显著细化Mg-6Bi合金晶粒组织,还对合金中的Mg3Bi2相有显著地变质效果。其中,Mg-6Bi-1Zr合金平均晶粒尺寸为(128±65)μm,Mg3Bi2相尺寸在1~28.33μm之间,较Mg-6Bi合金均有显著细化。归因于晶界强化和第二相强化效果的增强,以及Mg3Bi2相对基体割裂作用显著削弱,铸态Mg-6Bi合金的强度和塑性均随着Zr元素含量的增加而显著提升。

时效温度对Mg-2.0Zn-1.0Y-0.5Zr合金组织与性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉伸试验、浸泡试验和电化学试验等研究了固溶态Mg-2.0Zn-1.0Y-0.5Zr合金在180~220℃时效12 h后的微观组织、耐蚀性能和力学性能。结果表明:随着时效温度从180℃升高到220℃,合金中析出的颗粒状第二相数量增多,第二相体积分数由0.03%(固溶态)升至0.36%(220℃时效12 h),力学性能明显提高,但耐蚀性能下降。当时效温度为200℃时,合金的综合性能较优,其抗拉强度、屈服强度、伸长率和腐蚀速率分别为(268.1±11.3) MPa、(170.4±8.5) MPa、(15.8±0.6)%和(0.575±0.039) mm/y。

Mg-9Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr合金材料喷丸强化工艺及摩擦磨损性能研究

目的提高Mg-9Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr合金的耐磨性能。方法通过喷丸强化工艺对Mg-9Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr合金表面进行处理,在合金表面制备出纳米强化层,随后进行干滑动摩擦磨损试验,探究其喷丸强化后耐磨性能的改变。利用OM、SEM研究合金表层至内部晶粒尺寸及组织特征的变化。利用电子天平秤测量摩擦磨损试验前后质量的损失量。利用维氏显微硬度计测量合金强化层深度方向的硬度分布。利用SEM研究了合金摩擦磨损后的形貌特征,探究其磨损机制。结果对Mg-9Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr合金进行表面喷丸处理后,表面分别出现了200~370μm厚的晶粒细化层,其中喷丸气压为0.4 MPa、时间为40 s的试样的细晶强化层厚约为250μm,硬度约为155HV,较原始试样提高了50%左右。结论经喷丸强化后,镁合金表面发生塑性变形,获得纳米晶。晶粒尺寸从表层到内部逐渐变大,呈现梯度变化,喷丸处理后试样磨损质量普遍降低,耐磨性能得到提高,其中气压为0.4MPa、喷丸时间为40s的试样的耐磨性最好。铸态试样的摩擦磨损中,磨粒磨损和黏着磨损发挥主要作用,喷丸强化工艺后,磨损机制发生改变,喷丸时间为60 s时,氧化磨损起主导作用。另外,随着喷丸气压的增大,疲劳磨损由辅助作用逐渐变为主导作用。

微量氮元素添加对Zr基非晶合金力学性能影响的研究

采用铜模吸铸法,成功地制备了直径3 mm的(Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5))_(100-x)N_(x)(x=0、0.5、1.0、1.5、2.0)非晶合金棒材。利用氮氧分析仪、X射线衍射仪、差示扫描量热仪、万能试验机、显微硬度计和扫描电镜等手段,系统地研究了氮含量对(Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5))_(100-x)N_(x)非晶合金的力学性能的影响。同时,对氮元素添加时非晶合金体系的剪切带与断口形貌进行了分析讨论。结果表明:不同氮含量的(Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5))_(100-x)N_(x)合金中,氮含量(原子百分数)分别为0.08%、0.49%、1.18%、1.48%、1.73%;在添加微量氮元素前后,块体合金(Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5))_(100-x)N_(x)均呈现完全非晶结构;原始Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金的显微硬度值为478.62 HV,添加氮元素后显微硬度随氮含量增加而递增,显微硬度最高为519.16 HV;添加氮元素前,Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)合金的抗压强度为1738 MPa、塑性形变量为2.1%;当x=0.5时,抗压强度降至1719 MPa、塑性形变量降至1.0%;当x≥1.0时,抗压强度持续下降且塑性较差。

不同挤压温度下Mg-3Y-1.5Ce-0.5Zr合金的组织与力学性能

对锻态Mg-3Y-1.5Ce-0.5Zr合金进行了不同温度的热挤压试验,通过金相显微镜、拉伸试验、断口形貌观察等手段研究了不同挤压温度(320~380℃)对该合金组织与力学性能的影响。结果表明:Mg-3Y-1.5Ce-0.5Zr合金经过不同温度挤压后,晶粒得到一定程度的细化。随着挤压温度的升高,合金晶粒尺寸先减小后增大,350℃下挤压的合金的晶粒平均尺寸最小,组织均匀性最佳。随着挤压温度的升高,合金的抗拉强度和伸长率均先升高后降低。350℃挤压的Mg-3Y-1.5Ce-0.5Zr合金的抗拉强度和伸长率均达到最大值,分别为276.3 MPa和17.6%。

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。