镁合金大塑性变形的研究进展

综述镁及镁合金大塑性变形的近期发展现状,分析了大塑性变形的技术原理。介绍了大塑性变形方式对变形镁合金晶粒细化和织构控制的影响。通过对现有镁合金大塑性变形研究结果的总结与归纳,得出了镁合金大塑性变形技术未广泛应用的原因所在,并指出开发生产效率高、成本低、工艺简单的一道次成型即可显著细化晶粒和控制织构的新型大塑性变形技术将会是未来变形镁合金领域中的研究重点。

AZ31镁合金挤压长条晶粒的形成机理与消除方法

研究了AZ31镁合金在挤压过程中长条晶粒的形成机理、挤压工艺对形成长条晶粒的影响以及长条状晶粒对室温拉伸变形断裂的影响。为消除长条晶粒,进行了不同工艺条件下的退火处理。结果表明:在挤压比为4.5时,长条状晶粒比较粗大,利用退火处理无法消除;当挤压比提高到10.1时,长条状晶粒比较狭窄,利用退火处理能有效地改善组织均匀性,较好的消除长条晶粒,其平均晶粒尺寸大约为20μm。

ZK60镁合金的热压缩变形行为

采用Gleeble-1500热模拟机在温度250～400℃、应变速率0.001～1s-1、最大变形程度105%的条件下对ZK60镁合金进行了高温压缩模拟实验研究。分析了实验合金在高温变形时的流变应力和应变速率及变形温度之间的关系,计算了变形激活能和应力指数,并观察了热压缩变形过程中组织的变化。结果表明,合金的峰值流变应力随应变速率的增大而增加,随温度的升高而减小;在给定的变形条件下,计算出合金的变形激活能为63～130kJ/mol,应力指数为2.78～3.79;降低变形温度和提高应变速率可使再结晶晶粒的平均尺寸减小。

冷锻及再结晶退火对挤压态AZ31镁合金组织的影响

对挤压态AZ31镁合金试样沿挤压方向截取试样(0°试样)和垂直于挤压方向截取试样(90°试样),并分别进行变形量为12%的冷锻变形,在320℃下保温不同时间进行再结晶退火。利用金相显微镜和背散射电子衍射技术研究AZ31镁合金的微观组织演变。结果表明:经冷锻变形的0°试样,内部存在大量细小碎晶、{1110}-{2110}、{3110}和{3110}-{2110}等孪晶,平均小角度取向差频率为0.031,硬度由57HV增至71.3HV,随后的再结晶退火可显著细化原始混晶组织;经冷锻变形的90°试样,内部含有少量的{1110}-{2110}二次孪晶,平均小角度取向差频率为0.017,硬度由57HV增至69.3HV,再结晶退火时,与0°试样对比,静态再结晶开始及结束时间均被推迟。

Mg-6Zn-1Mn镁合金热压缩流变行为及动态再结晶

采用Gleeble-1500热压缩模拟试验机对Mg-6Zn-1Mn合金进行压缩实验,研究了该合金其在变形温度250～400℃、应变速率0.01～10 s-1范围内的流变应力及动态再结晶行为。通过计算加工硬化速率θ得到合金发生动态再结晶的临界应力σc和临界应变εc,并且建立临界值与峰值应力σp、峰值应变εp之间的定量关系,用截线法测量合金压缩后的平均晶粒尺寸。结果表明:Mg-6Zn-1Mn镁合金在高温下塑性变形的热本构方程为:.ε.exp(22919/T)=2.77.σ8.19;合金发生动态再结晶的临界应变随着应变速率的增加而升高,随变形温度的增加而降低,发生动态再结晶的临界条件为:ε>εc=6.648×10-3Z0.06149;各特征变量之间存在如下关系:σc=0.7295σp、εc=0.2639εp;动态再结晶的平均晶粒尺寸dave随温度的升高、应变速率的减小而增大,与Zener-Hollomon参数之间的关系为:dave=2.11×103.Z-0.1378。

含锶镁合金组织和性能的最新研究进展

锶作为一种应用潜力较大的镁合金合金化元素,已在镁合金中的应用研究领域引起国内外的广泛关注和高度重视。国内外近几年来的研究工作主要集中在锶对镁合金晶粒细化、第二相改性和含锶耐热镁合金的发展等方面。对国内外含锶镁合金研究工作的最新进展进行综述,介绍重庆大学近几年在含锶镁合金方面的最新研究成果,讨论若干新型含锶镁合金的组织和性能,分析含锶镁合金发展和生产应用中存在的问题和今后的研究方向。

Al含量对AZ系镁合金组织和力学性能的影响

以AZ61、AZ71、AZ81镁合金作为研究对象,研究了Al含量对镁合金的组织结构与力学性能的影响。结果表明,随着Al含量的增加,镁合金微观组织中分布在α-Mg固溶体间的β-Mg17Al12金属间化合物数量增加,分布更加连续,当Al含量达到8%时,α-Mg初生相的连续性被割裂;合金力学性能变化与组织结构特征紧密相关,AZ71镁合金具有较好的室温力学性能,铸态时抗拉强度为211.63MPa,屈服强度为109.84MPa,伸长率为7.20%,固溶处理后抗拉强度达到235.98MPa,屈服强度达到122.12MPa,伸长率为14.72%;试样中脆性β-Mg17Al12金属间化合物的分布对于裂纹的扩展具有重要影响,铸态AZ系镁合金室温拉伸断口均表现为脆性断裂。

析出相对镁合金变形机理影响的研究进展

阐述了具有析出沉淀相镁合金变形行为的研究现状;概括了析出沉淀相对镁合金微观变形机制和再结晶行为的影响;总结了析出沉淀相的硬化机理以及不同形态析出物的硬化模型;提出了此研究领域亟待解决的科学问题。目前,针对析出沉淀相的形态、分布以及惯习面对镁合金不同滑移系和孪生行为的影响尚缺乏系统的研究;关于析出相与再结晶机制的交互作用并没有得到重视;此外,适用于析出沉淀强化镁合金更为普遍的硬化模型有待进一步研究。

镁合金冲击变形行为的研究进展

综述国内外对镁合金在冲击载荷下的力学行为及变形时组织的演变规律现状,归纳和总结出镁合金冲击力学行为和显微组织演变机制。此外,指出了镁合金在冲击载荷下研究中的匮乏范围和未来在冲击载荷下镁合金的研究重点。

Mg-9Al-1Zn-(0-0.6)Sr镁合金铸态组织及晶粒细化研究

对含Sr(0.05%~0.6%)AZ91铸态镁合金组织进行了观察,并且采用'边-边匹配'模型研究了其细化机制。结果表明,微量Sr对AZ91铸态组织有明显的晶粒细化效果,Sr含量为0.05%时细化效果最为显著。通过'边-边匹配'模型计算,得到[021]Al4Sr∥[1-1 0]Mg17Al12,(200)Al4Sr∥(332)Mg17Al12,表明微量Sr对AZ91镁合金铸态晶粒细化主要是Al4Sr相为Mg17Al12相的形成提供有效的异质形核核心,从而加速Mg17Al12相对α-Mg枝晶长大的阻碍作用。

SiO2/MoS2复合纳米基润滑油在镁合金冷轧中的摩擦学性能及润滑机理

镁合金在轧制过程中通常采用铝合金轧制液,甚至进行无润滑轧制。轧制过程中无润滑油会导致轧后板材表面质量差、能耗高,而铝合金轧制液通常采用含氯、硫、磷等元素的有机化合物作为添加剂,此类添加剂不容易分解,废液的排放会对环境造成一定污染。基于此,本工作采用不同比例的SiO_2和MoS_2纳米颗粒复合加入EOT5#机械油中,在双辊轧机上研究两种纳米颗粒复合比例对AZ31镁合金冷轧过程中轧制力和轧后板材表面质量的影响。采用场发射扫描电镜(FESEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)对SiO_2/MoS_2复合纳米基润滑油润滑条件下轧后板材表面形貌和成分进行了分析,探讨了SiO_2/MoS_2复合纳米基润滑油的协同润滑机理。结果表明,SiO_2和MoS_2纳米颗粒在基础油中添加质量分数之比为0.25∶0.75时具有最佳的润滑性能。SiO_2/MoS_2复合纳米基润滑油优良的润滑性能降低了镁合金轧制过程中的轧制力,改善了轧后板材的表面质量。分析认为,不同形貌和润滑机理的SiO_2和MoS_2纳米颗粒共同作用是实现协同润滑的关键因素。

稀土Y对挤压态AZ80-2Sn镁合金组织和性能的影响

通过金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)及拉伸力学性能测试等手段,研究了Y元素添加对AZ80-2Sn镁合金挤压态组织和力学性能的影响。试验结果表明,当Y添加量为0.5%时,挤压态合金的组织得到有效的细化,合金的抗拉强度和伸长率达到最大值,分别为368.1 MPa和12.9%。与未添加Y的AZ80-2Sn合金相比,AZ80-2Sn-0.5Y合金的抗拉强度、屈服强度及伸长率分别提高5.8%、5.3%和33.7%,其综合力学性能达到最优。

超轻Mg-Li-Al系变形镁合金挤压板材的组织及性能

通过OM、SEM、XRD和拉伸实验研究3种典型的Mg-Li-Al合金的铸态和挤压态组织及力学性能。结果表明:随着Li含量的增加,合金的结构从密排六方向体心立方转变,合金的铸态组织随之发生改变。经过250℃挤压处理后,Mg-5Li-1Al和Mg-9Li-1Al合金的晶粒沿挤压方向呈方向性排列,Mg-14Li-1Al合金由均匀的等轴晶(再结晶晶粒)组成。随着Li含量的增加,挤压态合金板材的屈服强度逐渐增大,其中挤压态Mg-9Li-1Al合金板材的综合力学性能最佳(屈服强度达到149 MPa,伸长率达到25%)。

钇对Mg-12Gd-1Zn-0.6Zr镁合金组织和性能的影响

为加强Mg-Gd-Y基高强镁合金的开发,拓展镁合金的应用,采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射、差热分析和拉伸试验等手段,研究了Y对Mg-12Gd-1Zn-0.6Zr镁合金组织和性能的影响。结果表明:在Mg-12Gd-1Zn-0.6Zr镁合金中,Y添加的质量分数为2%时对合金铸态组织的影响不大;当添加3%和4%会导致合金铸态组织粗化,并使合金组织中的第二相由不连续分布的细小网状变成粗大的骨骼状;添加2%～4%还可使合金挤压后的晶粒细化,其中添加2%和3%较添加4%获得更好的细化效果。此外,添加2%～4%可明显提高合金挤压后的抗拉强度和屈服强度,其中添加2%可使合金挤压后的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到348.8MPa、256.8MPa和14.7%。

冷锻AZ31镁合金再结晶过程动力学

对不同变形量的冷锻AZ31镁合金在不同温度和保温时间下进行退火。通过对其组织的研究和静态再结晶动力学的分析,结果表明:可以用JMAK方程对其静态再结晶体积分数和退火时间的关系进行描述。由实验数据计算得到冷锻AZ31镁合金再结晶激活能为53.5kJ/mol左右,同时得到各温度下的再结晶完成时间,可为冷锻AZ31镁合金退火工艺的制定提供一定参考。

Li元素对热轧及退火态AZ31镁合金板材的组织及力学性能的影响

通过OM、SEM、拉伸实验研究添加不同含量的Li元素对轧制及退火态AZ31镁合金组织和力学性能的影响。结果表明:添加Li元素的合金板材在热轧后均有大量孪晶出现。经过不同温度退火处理后,合金板材的力学性能得到不同程度的改善。LAZ131(Mg-1Li-3Al-1Zn)合金在经过150℃退火30 min,其沿TD方向拉伸时力学性能最佳,抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为335 MPa、261 MPa、14.6%。而LAZ131合金在经过300℃退火30 min后的力学性能各向异性最小,且合金的组织为均匀细小的等轴晶,总的力学性能较好,抗拉强度、屈服强度及伸长率分别为259 MPa、174 MPa、23.1%。这是由于Li元素的添加对基面织构的改善以及在300℃退火时的再结晶所导致。

基于Web的镁合金数据库查询系统优化

在现有的镁合金数据库系统查询功能的基础上,深度分析用户需求,结合数据库查询系统的设计特点,利用ASP技术和DreamWeaver网页制作工具,对查询模块的效率和查询方式进行优化。提高镁合金数据库的查询效率,增添了镁合金相图、镁合金组织等查询模块,丰富数据库的查询内容及镁合金材料数据库的性能优化方案,提高了数据库的实用性。

AZ81镁合金挤压组织和性能研究

对AZ81镁合金铸锭进行(390±10)℃×15h的固溶处理后,在400℃进行挤压,挤压比为32:1,研究其组织和力学性能。结果表明,挤压AZ81镁合金具有较细的晶粒组织,第二相Mg_(17)Al_(12)被破碎,其分布变得弥散,个别呈流线分布;挤压AZ81镁合金比铸造AZ81镁合金的力学性能有较大提高,其屈服强度为221.6MPa,抗拉强度为311.5MPa,伸长率为14.2%。其挤压态断口表现出明显的塑性断裂特征。

挤压态定向凝固镁合金组织及力学性能

采用自行设计制造的定向凝固设备,制备了大直径镁合金铸锭,并采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和室温力学性能测试等手段,研究了合金元素、挤压温度和挤压比对挤压态定向凝固镁合金金相组织和力学性能的影响。研究结果表明:对于Mg-Al系二元合金,随着Al元素在0.2%~1%的范围内增加,挤压态定向凝固镁合金的强度和延伸率都逐渐增大,但Al元素的增加也导致了组织均匀化程度的降低。较低的挤压温度和较高的挤压比有利于定向凝固AZ31获得较均匀的再结晶晶粒和第二相,因此当挤压温度为623 K,挤压比为80时,挤压态定向凝固AZ31合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为255 MPa、312 MPa和18%,具有较优良的综合室温力学性能。

控制挤压比制备的AZ91异构镁合金的组织与力学性能

以商业热轧态AZ91厚板为实验用材料,通过控制挤压比制备了具有异质结构和均匀结构的AZ91棒材,采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)及万能试验机研究了其微观组织与拉伸性能。结果表明:相比于原始热轧态(R)和轧制退火态(RA),挤压后的合金(AE7、AE11、AE17和AE26,数字为挤压比)的强度和塑性均大幅提高。其中,AE7为晶粒较为细小的均匀组织,并具有最高的抗拉强度及屈服强度,但塑性最差;而AE26则呈现晶粒较为粗大的均匀组织,并具有最佳的塑性,但强度最低;AE11和AE17则呈现粗、细晶混合的异质结构,其中AE11表现最佳的强韧结合,这不仅归因于细晶强化和晶粒的硬取向,而且异质变形诱导(HDI)强化和硬化在变形过程中也扮演了重要角色。