变质剂改性Zn4Al合金微结构的电镜研究

利用维氏硬度测试、拉伸测试、扫描电镜、能谱和高角度环形暗场扫描透射电镜,对比研究了三种典型变质剂(Al⁃5Ti⁃B、Sr和RE)的添加对亚共晶Zn4Al合金力学性能与微观组织的影响。结果表明:三种变质剂的添加都可以明显提升Zn4Al合金的强度和塑性,其中,RE变质剂的提升潜力最大。变质剂的添加会改变Zn4Al合金中组织相的形貌:初生η⁃Zn相的形貌由树枝状变成近等轴状,(α+η)共析组织的形貌由片层状为主变成椭球状为主。加入到Zn4Al合金中的变质剂元素一部分形成金属间化合物增大晶界迁移的阻力,一部分偏聚在固液界面形成成分过冷,从而改善了晶粒组织。

Mg/Si比对Al⁃Mg⁃Si⁃Zn合金自然时效效应的影响

通过显微硬度测试、导电率测试、差示扫描量热分析和透射电子显微镜,探究了两种不同Mg/Si比的Al⁃Mg⁃Si⁃Zn合金中自然时效对后续180℃人工时效的影响。结果表明,在富Si合金中,自然时效对后续人工时效的峰值硬度没有明显的负面效应,而富Mg合金则表现出显著的自然时效负面效应。虽然有少量板条相存在,针状的β″相为两种合金在所有峰值时效状态下的主要析出强化相。富Mg合金的自然时效负面效应主要与β″相尺寸粗化和析出相体积分数减小有关。不同Mg/Si比的Al⁃Mg⁃Si⁃Zn合金中自然时效团簇的特性具有显著差异。富Mg合金中的自然时效团簇有相当一部分在人工时效时是稳定的,同时稳定的团簇大部分不能作为析出相的形核点,导致析出相的形核点数量减少,析出相尺寸粗化。而大量富Si合金中的自然时效团簇在后续人工时效早期发生溶解,来自溶解团簇的溶质原子重新用于β″相的形核生长,因此析出相尺寸粗化不明显。

TiB的添加对ZnAl合金改性的微观影响

采用扫描电子显微镜、高角度环形暗场扫描透射电子显微镜和能量X射线谱,研究TiB的加入对锌铝共晶(ZA27)合金改性的微观作用。铸造一系列Zn−27Al−2Cu−0.02Mg−x(Ti+B)(x=0,0.01,0.02,0.05,0.10,0.20,质量分数,%)合金。研究结果表明,ZA27合金的硬度和强度随(Ti+B)含量的增加而提高,在(Ti+B)含量为0.05%时达到最高值。TiB改性剂可以细化初生α(Al)相晶粒,改变珊瑚状(α(Al)+η-Zn)共析组织的微观结构,这是ZA27合金力学性能提高的原因。改性后的共析组织表现出篮状和条状共析组织微观结构特点。初生α(Al)相晶粒的细化很可能与B在固−液界面上偏析引起的成分过冷有关。B和/或Ti参与共晶和共析反应,改变了共析组织的形态。

应变速率对Fe-20Mn-3Al-3Si钢的力学性能及其微观组织的影响

分别采用分离式Hopkinson压杆和MTS Landmark电液伺服疲劳试验机对冷轧退火态Fe-20Mn-3Al-3Si相变诱导塑性(transformation induced plasticity,TRIP)钢进行900 s^(-1)~3500s^(-1)范围内的动态冲击实验和应变速率为3×10^(-3)s^(-1)准静态压缩实验.采用X射线衍射技术(X-ray diffraction,XRD)、电子背散射衍射技术(electron backscatter diffraction,EBSD)和透射电镜(transmission electron microscope,TEM)等对变形试样的微观组织结构进行表征.结果表明,该TRIP钢表现出正应变速率敏感性,且动态冲击变形的屈服强度明显高于准静态变形的屈服强度.无论是在动态冲击样品还是准静态压缩样品中,都可以观察到大量的ε-马氏体和α'-马氏体,且动态冲击样品中ε-马氏体和α'-马氏体的体积分数明显低于准静态变形样品中ε-马氏体和α'-马氏体的体积分数.在动态冲击样品中,除了能观察到大量的ε-马氏体和α'-马氏体以外,也可以观察到大量的{1011}ε_(T)孪晶和{1012}ε_(T)孪晶,并且,{1011}ε_(T)孪晶和α'-马氏体之间的取向关系为(110)α'//(0002)ε_(T),<111>α'//<2110>ε_(T).

CoCrNi多组元合金退火硬化现象的微观机制

冷变形金属或合金在再结晶温度以下退火后,其强度或硬度上升的现象称为退火硬化现象。与传统金属类似,在面心立方结构的多组元合金中也观察到了退火硬化现象。尽管多组元合金有类似的退火硬化行为,但其中退火硬化的机制仍存在争议,这可能是由于不同的冷变形条件产生不同的微观结构导致的。本文以不同变形量的CoCrNi多组元合金为研究对象,首先研究了其在100~800℃的温度区间内退火后维氏硬度和拉伸性能的变化,发现CoCrNi多组元合金的硬度和强度随温度的增加先升高后降低,峰值温度在500℃,同时,随着变形量的增加,退火硬化效应逐渐趋于饱和。然后借助扫描和透射电镜对变形态和峰值温度退火态的CoCrNi合金进行了多尺度的微观组织表征。研究发现在变形量为20%时,退火硬化可能是由于Cr元素向层错处偏析导致的铃木强化;在变形量为60%时,除铃木强化之外,冷变形引入的剪切带在退火后形成的亚晶粒导致了强化;在变形量为90%时,冷变形产生的高密度位错墙在退火后转变为大角度晶界,起了强化作用。本实验对CoCrNi多组元合金在不同变形量时的退火硬化机制提出了新的见解,对设计高强度结构材料有借鉴意义。