考虑切削参数和温度影响的ZM5镁合金刀—屑摩擦模型研究

刀—屑摩擦特性对镁合金切削过程中的切削力、切削温度及刀具磨损有较大影响。基于刀—屑接触区的摩擦理论,结合有限元仿真技术,构建考虑切削参数以及温度影响的ZM5刀—屑摩擦理论模型。根据所构建的模型,在ABAQUS软件提供的用户VFRIC子程序接口中编写ZM5镁合金摩擦子程序,并将其应用于仿真模拟。结果表明,仿真获得的切削力、切削温度与实验值的误差均在合理范围内,证实本文所构建的ZM5镁合金刀—屑摩擦模型具有较好的准确性。

基于不等分剪切模型的ZM5镁合金本构参数的逆向辨识

为了解决ZM5镁合金动态力学性能参数缺失的问题,提出基于不等分剪切模型的ZM5镁合金J-C本构参数逆向识别方法。根据金属切削理论建立主剪切区的应力、应变、应变率及温度分布模型,将正交切削试验和准静态拉伸试验相结合,采用混合粒子群算法确定ZM5镁合金的J-C本构参数,并应用于仿真。将所获得的仿真值与试验结果进行对比,所求得的J-C模型参数用于仿真能较好地反映实际切削试验中的切削力和切削温度,从而证明了所提出的逆向辨识方法的可行性。

硅酸盐体系中的钨酸钠含量对ZM5镁合金微弧氧化膜层的影响

研究硅酸盐电解液体系中的钨酸钠含量对ZM5镁合金微弧氧化膜层结构和性能的影响。使用扫描电子显微镜、EDS能谱仪、X射线衍射仪、电化学工作站分别对ZM5镁合金微弧氧化膜层的微观形貌、元素组成、晶相结构、电化学性能进行测试分析,使用膜层测厚仪、粗糙度检测仪、维氏硬度仪、游标卡尺、分析天平对不同含量钨酸钠处理后的膜层厚度、粗糙度、显微硬度、外延生长率、质量增重进行测试。结果表明,膜层微观形貌上有微孔和微裂纹,膜层元素组成为Mg、O、Si、F、Na、W、K,膜层相结构组成为MgO、MgF_(2)和K_(2)MgF_(4)。随着钨酸钠含量的增加,膜层外观由白色变为灰色,膜层厚度无明显规律为(20~26)μm,膜层粗糙度增加,外延生长率不变约为70%,膜层致密度和显微硬度增加,W元素含量先增加后减少,陶瓷相结构中MgO的比例降低而MgF_(2)的比例增大,耐腐蚀性能先增加后减小,当钨酸钠含量为3 g/L时,膜层耐蚀性最强。

硅对Mg_2Si/ZM5复合材料组织和性能的影响

在真空感应炉中氩气保护下制备材料 ,采用OM ,SEM ,EDAX和XRD及拉伸试验 ,研究分析了硅对原位反应自生Mg2 Si/ZM5复合材料铸态显微组织和性能的影响规律。结果表明 ,反应添加物Si在ZM5合金中形成了高熔点、高硬度的Mg2 Si强化相 ,明显地提高了材料的室温与高温强度 ,如Si的质量分数为 1.5 %时 ,室温抗拉强度与屈服强度提高幅度分别可达 2 0 .1%和 61.5 % ,Si的质量分数为 1.0 %时 ,高温抗拉强度与屈服强度提高幅度分别可达 14 .9%和 2 5 .7% ;Mg2 Si相的形貌随着硅含量的不同而变化 ,如Si的质量分数为 0 .5 %时 ,主要生成细小短棒状或片状共晶Mg2 Si相 ,Si的质量分数大于1%时 ,则出现了粗大块状或汉字状初生Mg2 Si相和片状或短棒状的共晶Mg2 Si相 ;由于所生成的Mg2 Si相本身是一种脆性相 ,使得该材料呈现出解理断裂 ,降低了材料的塑性。

ZM5镁合金表面电火花合金化改性层的获得

利用电火花合金化技术在ZM5镁合金上进行本体修复和提高耐蚀性的目的 ,研究了在保护气体的条件下 ,使用ZM5电极在ZM5基材上进行电火花合金化 ,基材表面形成了厚 0 15mm ,显微硬度10 2～ 114HV(基材 82～ 90HV) ,耐蚀性改善的改性层。表面改性层主要由α Mg、β(Al1 2 Mg1 7)和Al2 Mg组成。合金化层腐蚀性能的提高可归因于快速凝固组织结构的形成和该层中Al,Zn ,Mn元素含量的富集。

碳纳米管/ZM5复合材料的高温拉伸性能与显微组织

在氩气保护下,采用搅拌铸造法制备了碳纳米管(CNTs)/ZM5镁合金复合材料;测试了铸态下其高温拉伸性能,并对其显微组织和断口形貌进行了分析。结果表明:该复合材料具有良好的高温拉伸性能,在拉伸速率为1 mm.min-1以及温度为473 K时其抗拉强度可达117.65MPa,比基体提高了20%;当CNTs加入量为0.5%时,其最大伸长率达到8.32%,比基体提高了21.62%;在高温下该复合材料的断裂形貌主要由韧窝和撕裂棱所组成。

纳米石墨改性ZM5镁合金微弧氧化陶瓷层摩擦磨损性能

添加纳米石墨颗粒的硅酸盐溶液中制备ZM5合金微弧氧化陶瓷层,利用SEM、EDS和XRD分析了涂层的微观形貌、成分及物相组成,用球-盘干磨损试验对涂层的室温摩擦磨损行为进行研究。结果表明,纳米石墨改性微弧氧化陶瓷层主要由Mg2SiO4、少量的MgO、Mg和C相组成,石墨以机械形式分散于陶瓷层中并起到减摩作用。4.9N载荷下体积磨损率为9.19×10-5 mm3/Nm,是无石墨微弧氧化陶瓷层的1/3,ZM5基体的1/14;9.8N载荷下体积磨损率为1.44×10-4 mm3/Nm,是无石墨微弧氧化陶瓷层的2/5,ZM5基体的1/8,与无石墨微弧氧化陶瓷层相比显著提高了镁合金基体的耐磨性,且其室温干摩擦磨损机理为疲劳磨损,磨痕呈疲劳剥落形貌。

微量Er对ZM5镁合金微观组织及腐蚀性能的影响

利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射分析、失重法及动电位扫描测试法,研究了微量Er对铸态ZM5镁合金显微组织和腐蚀性能的影响。结果表明微量Er可细化ZM5镁合金的铸态组织,提高耐腐蚀性能;在0~0.6%范围内,随着Er含量的增加,合金中的Mg17Al12相由粗大、连续树枝状分布逐渐转变为细小、弥散的颗粒状均匀分布;当Er含量为0.6%时,组织中有Al3Er相生成。随着Er添加量的逐渐增加,ZM5镁合金的平均腐蚀速率逐渐降低;当Er含量为0.6%时,在3.5%NaCl水溶液中浸泡的腐蚀速率为2.125 6 mg/（cm2.d）,仅为常规ZM5镁合金的20%。微量Er使得ZM5镁合金在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电位升高,自腐蚀电流降低。

混合稀土(MM)对ZM5镁合金组织和性能的影响

研究了RE对ZM5镁合金显微组织和力学性能的影响。对显微组织的观察表明,加入RE后,显著改变了ZM5合金的铸态组织,使其晶粒细化。同时,加入少量的RE可以提高ZM5合金的抗拉强度和伸长率,当RE含量为0.75%时,合金的抗拉强度和伸长率分别达到了182MPa和4.54%。固溶25h处理后,合金中形成热稳定性强的富铝稀土相Al11Ce3,对晶界起到了强化作用,使合金的抗拉强度达到了250MPa,伸长率达到8.05%。

差压铸造大型复杂航空用ZM5镁合金壳体铸件研究

本文通过采用差压铸造来制备大型复杂ZM5镁合壳体铸件,进行了铸造工艺和参数设计。为了解决铸件的冶金质量问题,提出通过改变浇注工艺参数和浇注系统的办法,使铸件的冶金质量得到大幅度提高。制备后的试样抗拉强度、屈服强度及伸长率平均值及其最小值均超出技术要求值;耐腐蚀性能优于采用重力铸造生产的铸件。

ZM5镁合金TIG焊再制造熔敷层组织与力学性能

采用手工钨极氩弧焊(TIG焊)在ZM5合金上制备镁合金单道、多道熔敷层,研究熔敷层的组织和力学性能。微观组织和物相分析表明,熔敷层由α-Mg相和β-Mg17Al12相组成,其晶粒较母材明显细化,热影响区晶粒较粗大;硬度分析表明单道熔敷层硬度达到80 HV0.05以上,而多道熔敷层的硬度约为77 HV0.05,均优于母材,热影响区的硬度与母材相当;摩擦磨损性能分析表明,熔敷层以磨粒磨损为主,平均摩擦因数为0.48,母材以粘着磨损为主,平均摩擦因数为0.42。试验验证了镁合金熔敷成形再制造的可行性,为ZM5镁合金多样性损伤的修复提供数据支撑。

稀土Y和Nd对ZM5合金组织和性能的影响

以ZM5镁合金为基体材料,应用铸造方法制备了4种不同稀土含量和比例的稀土镁合金。考察分析了稀土Y和Nd对ZM5合金组织结构、力学性能和腐蚀性能的影响。结果表明,铸态合金中出现了新相Ti2Mg3Al8,它对于减少晶界处第二相的析出有积极作用。ZM5合金的组织结构、力学性能和腐蚀性能随稀土Y和Nd的比例不同而有比较大的差异,在所有考察的ZM5合金中,添加2%Y和1%Nd稀土的合金综合效果最好。

ZM5-0.1%RE阻燃镁合金表面氧化膜的结构及阻燃机理

为提高镁合金的起燃温度,在ZM5镁合金中添加了质量分数为0.1%的混合稀土(RE),对该合金表面进行了EDS、SEM和XRD分析。结果表明:在高温熔炼时合金表面生成了一层由RE2O3、MgO、Al2O3、Mg17Al12组成的厚度为2.5~3.5μm的致密氧化膜;氧化膜最外表面没有稀土,而在基体和最外表面层之间混合稀土含量很高,质量分数为26.39%;稀土比镁更易氧化,致密的氧化膜抑制了基体镁合金的进一步氧化。

ZM5铸镁激光填丝补焊工艺特性与组织分析

针对ZM5铸镁缺陷补焊难题,开展光纤激光填丝焊接工艺特性研究,并采用SEM及EDS对焊缝组织进行分析。结果表明,激光束离焦量增加至20 mm时,由激光深熔焊变为热导焊模式,焊缝变宽,熔深变小,稀释率降至0.65,焊缝成形良好;随激光功率增加,稀释率变大,润湿角变大;焊接速度减小,稀释率变小。激光功率为2.1 k W,焊接速度v=0.5 m/min,稀释率为0.52,焊缝成形良好。激光热导焊接热输入小,焊缝组织晶粒细化,先析出α-Mg相基体弥散分布β-Mg17Al12与δ-Mg共晶相。

碳纳米管／ZM5镁合金复合材料的制备与力学性能研究

采用搅拌铸造法制备了碳纳米管／ZM5镁合金复合材料,研究了搅拌法加入碳纳米管的工艺特点,测试了复合材料的力学性能,并利用扫描电子显微镜和能谱分析对复合材料断口形貌进行了观察和分析。研究结果表明:当搅拌温度接近于ZM5镁合金液相线温度时,碳纳米管能较好的加入到镁合金熔体中。与基体合金相比,复合材料的抗拉强度、弹性模量、显微硬度显著增加,伸长率最大可提高110％,但是碳纳米管加入量过多会导致偏聚,使力学性能下降,碳纳米管能细化复合材料的晶粒组织,并且起搭接晶粒和承载变形抗力的作用。

Effect of surface diffusion alloying on erosion wear property of ZM5 magnesium alloy

Specimens of ZM5 magnesium alloy were dipped into the mixed powder of Al and Zn at （390±5） ℃ for 8 h in argon gas protective environment and subjected to surface diffusion alloying processing （SDAP）. The erosion wear behaviors of ZM5 magnesium alloy before and after SDAP were investigated in two different erosion wear environments： oil and quartz environment; tap water and quartz environment. The surfaces of erosion wear specimens exhibited cutting scratch grooves in the oil and quartz environment. Corrosive attack was weak and cutting wear mechanism was responsible for the mass loss. When the erosion wear medium was changed to tap water and quartz environment, corrosion pits and cracks were obviously observed after erosion wear test. The corrosion from tap water and the scour from quartz intensified mass losses. Compared with the untreated specimens, the application of SDAP improved the erosion wear resistance in the same environment.

微量稀土Er对ZM5镁合金铸态组织与力学性能的影响

利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射分析和室温拉伸试验研究了微量稀土Er对ZM5镁合金铸态组织和室温力学性能的影响。结果表明0.2%～0.6%稀土Er可细化ZM5镁合金的第二相,其形貌由连续粗大的树枝状分布转变为弥散均匀的颗粒状分布;合金中α-Mg枝晶随Er添加量的提高逐渐粗大,α-Mg枝晶长度增加,初生α-Mg相形貌也逐渐由等轴晶转变为粗大的树枝晶。当Er添加量为0.6%时,组织中有Al3Er相生成。Er的添加使合金室温力学性能下降,α-Mg枝晶粗大是合金力学性能下降的主要原因。

混合稀土阻燃ZM5镁合金的表面张力研究

采用最大气泡压力法测量表面张力,研究了温度和混合稀土(RE)加入量对ZM5表面张力的影响。结果表明:由于稀土的表面活性作用,在相同温度下,混合稀土加入量增加,ZM5镁合金熔体的表面张力减小,且减小趋势趋于平缓;同种成分熔体的表面张力随温度升高而降低,高温段的扩散作用增强,造成高温段的表面张力温度系数(-dσ/dt)小于低温段;混合稀土加入量对合金表面张力温度系数也有影响,随着混合稀土加入量的增加ZM5的表面张力温度系数减小。

T4态CNTs/ZM5复合材料的研究

对搅拌铸造技术制备的CNTs/ZM5复合材料进行T4固溶处理。研究了碳纳米管(CNTs)对T4态力学性能的影响规律。测试了T4固溶处理后复合材料力学性能,并利用扫描电子显微镜和能谱分析对复合材料断口形貌进行了观察和分析。试验结果表明,CNTs对T4态镁合金(ZM5)有较强的增强效果。采用镀镍处理后的CNTs能更好的和镁基体结合,其增强效果更为明显,但随着CNTs加入量的过多,都会导致偏聚,使力学性能下降。

温度变化对ZM5镁合金表面扩渗层组织的影响

研究了温度变化对ZM 5镁合金表面扩渗层组织特征的影响。研究结果表明 :在实验的温度范围内 ,表面扩渗层由Mg -Al-Zn固溶体和Mg -Al-Zn金属间化合物组成 ;扩渗层的组织形貌随着温度的变化而改变。随扩散温度的升高 ,扩渗层中Mg -Al-Zn固溶体区域层逐渐变宽 ,Mg -Al-Zn金属间化合物的析出量明显增加 ,且分布形貌有由不连续向连续、条状向网状变化的趋势。较低温度时 ,Mg -Al-Zn金属间化合物仅沿试样表面析出 ;较高温度时 ,Mg -Al-Zn金属间化合物不仅沿试样表面析出 ,并以网状分布的形式向基体内部延伸。