高强韧铸造铝合金组织与性能研究

采用正交试验研究了Cu,Mg,Mn,Zn四种元素对新型高强韧耐热Al-Si-Cu-Mg-Mn-Zn合金室温及250℃力学性能的影响规律,分析了Al-7.0Si-2.5Cu-0.5Mg-0.3Mn-0.8Zn合金铸态及热处理后试样的金相显微组织和250℃断口形貌.结果表明:Cu,Mg,Mn,Zn四种元素对Al-Si-Cu-Mg-Mn-Zn合金室温及250℃抗拉强度和延伸率的影响顺序为,Mg>Cu>Zn≥Mn,Mg和Cu是主要影响因素,Mn和Zn是次要影响因素.随着Mg含量的增加,合金室温及250℃抗拉强度升高而伸长率下降,随着Cu含量的增加,合金室温抗拉强度升高而伸长率下降,250℃抗拉强度升高而伸长率呈先升后降趋势,Zn含量的提高有利于提高合金250℃延伸率.为使合金具有良好的综合力学性能(室温及250℃),Al-Si-Cu-Mg-Mn-Zn合金的最佳质量分数为7.0%Si,2.5%Cu,0.3%Mg,0.3%Mn,0.8%Zn,且合金力学性能室温时bσ≥345 MPa,5δ≥6.0%,250℃时bσ≥220 MPa,5δ≥9.0%.     

Mn对Mg-Zn-Ca-Mn合金显微组织和力学性能的影响

为了研究不同Mn含量对Mg-2Zn-0.5Ca-xMn新型医用镁合金显微组织和力学性能的影响,利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜和电子万能试验机分析Mg-2Zn-0.5Ca-xMn镁合金析出相、热挤压显微组织及力学性能.结果表明:铸态Mg-2Zn-0.5Ca-xMn合金组织主要由α-Mg基体组成,热处理前后第二相成分均为Mg0.97Zn0.03、MgZn2、Mg2Ca及Mn颗粒;Mn以单质形式弥散分布于基体内,细化铸态Mg-2Zn-0.5Ca-xMn合金晶粒,并且阻碍热挤压过程中动态再结晶晶粒长大,使晶粒尺寸随着Mn含量的增加而减小;随着Mn含量的增加,挤压态Mg-2Zn-0.5Ca-xMn合金强度逐渐增加,塑性有所降低.Mn质量分数为1.5%的合金抗拉强度最大,达245MPa;Mn质量分数为0.5%的合金断面收缩率和断后伸长率较大,分别为31%和12.5%.     

Sn添加对挤压态Mg-3Al-0.5SiO2组织及力学性能的影响

研究了Sn对经过425℃+24 h的固溶处理与180℃+16 h的时效处理以及挤压态的Mg-3Al-0.5SiO_2-xSn(x=0,1,3,5,7,10)复合材料显微组织和力学性能的影响,并探究了Sn对它们的作用机制。结果表明:由于加入纳米SiO_2粉末,使得材料生成了新的高强高硬尖晶石结构相MgAl_2O_4相,随着Sn含量的增加,第二相经历了如下变化:Mg_2Si→Mg_2(Si_x,Sn_(1-x))→Mg_2Sn,Mg-3Al-0.5SiO_2-xSn复合材料的晶粒细化效果显著,在T4,T6样品中Mg-3Al-0.5SiO_2-7Sn的晶粒尺寸最小。在挤压态样品中,Sn含量的增加会使强度与硬度显著提高,但是伸长率则先上升再降低。在挤压态样品中Mg-3Al-0.5SiO_2-5Sn的晶粒尺寸最小且分布均匀,它的综合力学性能也最高。Sn含量对Mg-3Al-0.5SiO_2-xSn复合材料的断裂机制不会产生显著影响。     

铸态Mg-Sn二元合金的显微组织与力学性能

通过光学显微金相定量分析、SEM扫描电镜及EDX分析、XRD分析以及抗拉强度、显微硬度测试等实验手段,研究添加量0～10%(wt)Sn的铸态Mg-Sn二元合金的显微组织与力学性能。实验结果表明,显微硬度随Sn的增加而增加,Mg2Sn的第二相强化是主要原因。Sn≤5%(wt)时,合金的抗拉强度和伸长率随Sn的增加而增加,Sn的细晶强化起到了主要作用。Mg-10%Sn的抗拉强度、特别是伸长率降低,细晶强化作用消失和脆性的Mg2Sn颗粒数量增多是主要原因。     

等温处理对Mg-3Al-2Ca-2Nd组织和性能的影响

为了研究等温处理工艺对Mg-3Al-2Ca-2Nd合金组织和性能的影响,利用XRD、OM、SEM、EDS及拉伸试验机对试样进行组织观察和性能测试。结果表明,与铸态组织相比,420℃等温处理的组织变化不明显,随着等温处理温度升高,铸态枝晶组织消失,转变为等轴晶组织且晶粒尺寸变大。在等温处理过程中,Al_(11)Nd_3相发生分解,生成热稳定性高的Al_2Nd相,而Al原子固溶到α-Mg基体中;层片状Al-Ca金属间相转变为颗粒状组织。随等温处理温度增加,硬度、抗拉强度和延伸率先增加后降低,在480℃时达到最大值,其值分别为66.3 HV、144.5 MPa和2.7%。     

AlMo_(0.5)NbTa_(0.5)TiZr难熔高熵合金微观组织及力学性能研究

为明确AlMo_(0.5)NbTa_(0.5)TiZr难熔高熵合金在铸态条件下的相组成、元素偏析以及室温力学性能,文中通过氩气保护真空电弧熔炼法制备了AlMo_(0.5)NbTa_(0.5)TiZr合金。采用X射线衍射仪(XRD)、热分析仪(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)分别对该合金进行了物相分析、热稳定性分析以及组织分析。利用显微维氏硬度计测量了合金在室温下的硬度。通过电子万能试验机对合金进行了室温压缩试验。结果表明:铸态AlMo_(0.5)NbTa_(0.5)TiZr合金除bcc相的衍射峰外,无其他相的衍射峰出现,说明合金主要由bcc相组成;在400～1 350℃范围内,合金无吸热或放热现象出现,合金未发生固态相变,具有较高的热稳定性;合金的铸态组织为典型的枝晶状凝固组织,可分为三个微观区域,富Mo-Nb-Ta枝晶心部区域,富Al-Zr枝晶间区域以及富Al-Ti-Zr的枝晶边缘过渡区域;合金室温下的平均硬度可达625HV,抗压强度约为2 100MPa。     

Zr含量对Mg-5Gd-3Y-xZr合金晶粒尺寸及固溶行为的影响

为明确Zr含量对Mg-5Gd-3Y-xZr合金晶粒尺寸的影响规律,并优化不同Zr含量镁合金固溶处理参数.通过光学显微观察、常温压缩试验,研究了Mg-5Gd-3Y-xZr(x=0%,0.3%,0.6%)合金铸态光学显微组织和力学性能,以及固溶态光学显微组织,统计了合金晶粒尺寸,测定了屈服强度,拟合了霍尔-佩奇公式.实验结果表明:随着Zr含量提高,Mg-5Gd-3YxZr合金晶粒尺寸明显降低,屈服强度与抗压强度提高,且屈服强度与晶粒尺寸关系符合霍尔-佩奇公式,其中佩奇斜率K约为410.Mg-5Gd-3Y,Mg-5Gd-3Y-0.3Zr和Mg-5Gd-3Y-0.6Zr合金最佳固溶处理参数分别为520℃×4h,480℃×6h和450℃×12h.     

Sr对Mg-5Sn-5Zn铸造镁合金组织的影响

通过光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪研究了Mg-5Sn-5Zn-xSr（x=0,0.5,1,2）4种铸造镁合金的显微组织和相组成.结果表明：在Mg-5Sn-5Zn合金中加入质量分数为0.5%～2%的Sr元素后,不但能够缩小α-Mg枝晶间距,而且还能形成三元相MgSnSr.随着Sr含量的增加,在晶界析出的Mg2Sn相减少,晶内的MgSnSr相增加。合金中的MgZn相与Mg2Sn相依附在一起,大多数的MgZn相以α-Mg＋MgZn相的共晶方式存在.     

Al、Zn含量对铸态Mg-5%(wt)Sn合金组织性能的影响

通过金相观察、扫描电镜、XRD分析以及硬度测试,研究添加2%~3%(wt)Al、1%~2%(wt)Zn对铸态Mg-5%(wt)Sn组织与性能的影响。实验结果表明:在Mg-5%(wt)Sn合金中,凝固组织主要由α-Mg、Mg2Sn相组成,添加合金Al、Zn后,会形成少量β-Mg17Al12和?-Mg32(Al,Zn)49相。Al、Zn均对合金的性能有提高的作用,其中Al更为明显。     

Si和Ca对铸态Mg-5Sn-0.5Sr合金组织和性能的影响

为了提高镁合金的耐热性能,在Mg-5Sn-0.5Sr合金中加入Si和Ca等合金化元素,设计了Mg-5Sn-0.5Sr-xSi(x=1,2)和Mg-5Sn-0.5Sr-xSi-0.5Ca(x=1,2)合金.采用x-射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)与扫描电镜(SEM)研究了合金的相组成及显微组织,并利用力学性能试验机测定了合金的拉伸性能.结果表明,Mg-5Sn-0.5Sr-xSi(x=1,2)合金组织由沿α-Mg晶界析出的共晶Mg₂Sn、Mg₂Si相与α-Mg晶内初生MgSnSr相组成,且Mg₂Si相的质量分数随Si元素的增加而增加.对于Mg-5Sn-0.5Sr-xSi-0.5Ca(x=1,2)合金而言,加入Ca元素能够显著促进初生(Ca,Sr)MgSn相的形成,而抑制晶界上Mg₂Sn相的析出.     

轧制工艺对ZA35合金组织和性能的影响

为了提高ZA35合金的力学性能,采用轧制工艺制备ZA35合金板坯,利用x-射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OE)、扫描电子显微镜(SEM)以及能谱分析(EDS)等技术分析和检测了ZA35合金铸态、不同轧制态和热处理态的显微组织和性能.结果表明:轧制可以显著提高ZA35合金的综合力学性能,使抗拉强度提高了27.8%,硬度指标提高了36.4%,伸长率比铸态增加了近2倍.轧制使合金组织细化,初生α相增多,ε相由块状变成细小的点状弥散分布于枝晶间.轧制合金在经过365℃固溶3h和120℃时效12h热处理后合金力学性能最好,抗拉强度达到512MPa、伸长率为4.9%、硬度为HB127.     

Ca对Mg-6Al-1Nd合金显微组织和性能的影响

为了研究Ca元素对Mg-6Al-1Nd合金微观组织、力学性能和阻燃性能的影响规律,采用了金属型重力铸造方法制备了Mg-6Al-1Nd-x Ca合金.通过金相显微镜、扫描电镜、万能拉伸试验机和热分析仪等分析测试手段对Mg-6Al-1Nd-x Ca合金的显微组织、力学性能和阻燃性能进行了表征.结果表明:Ca元素的加入可减少β-Mg17Al12含量,生成Al-Ca金属间相;随着Ca质量分数的增加,镁合金试样中的Al-Ca金属相增多,试样的室温抗拉强度和延伸率降低,阻燃性能升高;不含Ca元素的Mg-6Al-1Nd合金的抗拉强度为235 MPa,当Ca元素增加到2.5%时,Mg-6Al-1Nd-2.5Ca合金的抗拉强度仅为154 MPa,但该合金的着火点可达850℃.     

冷模压铸Mg-8Gd-3Y-0.5Zr合金的组织及性能

为了开发高强度耐热压铸镁合金,采用冷模压铸工艺制备了Mg-8Gd-3Y-0.5Zr（GW83K）合金.通过光学显微镜、扫描电镜、x射线衍射及力学性能测试等手段,分析了压铸态和短时低温固溶处理状态下合金的显微组织及力学性能.结果表明：GW83K合金冷模压铸组织比较均匀,晶粒细小（平均晶粒尺寸为40~50μm）,具有优良的高温瞬时力学性能.压铸GW83K合金经低温短时固溶处理（400℃×2h）后,晶粒度变化不大,组织均匀状态未发生变化,只是片层状的共晶体消失,第二相以不连续的棒状或粒状分布于晶界处,室温拉伸力学性能可达到σ_b=261 .7MPa,σ_s=240.8MPa,δ₅=6%,比压铸态合金分别提高21%,28.4%和30.4%,且高温瞬时性能也得到进一步提高.     

固溶处理对Mg-2Zn-3Y合金组织和性能的影响

为了研究固溶处理对铸态Mg-2Zn-3Y合金组织和性能的影响,采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、拉伸试验机和维氏硬度计对固溶处理后的合金进行了组织分析及性能测试.结果表明：Mg-2Zn-3Y合金中含有LPSO相和W相,随着固溶温度的升高,块状LPSO相区域逐渐出现层片状形貌,W相发生球化、粗化和重熔现象,合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度均呈现先升高后降低趋势;经450℃固溶12 h后,合金的强化效果最佳,抗拉强度为187 MPa,屈服强度为107 MPa,伸长率为8.0%,硬度为82.5 HV.     

Zn对AM60B镁合金显微组织和力学性能的影响

以AM60B为基体合金,采用ICP、OM、SEM、EDS和拉伸试验机等研究不同Zn含量对AM60B合金组织和力学性能影响.研究结果表明:随着Zn元素含量的增加,AM60B镁合金的组织主要由α-Mg基体相,Mg2Zn和Al9Mn11相组成,其抗拉强度、屈服强度和硬度先增加后减小,并在Zn元素含量达到4%时达到峰值,分别为248 MPa、123 MPa和70.4HV.其拉伸断口为准解理断口,该合金的强化机制为细晶强化、固溶强化和第二相析出强化,其中细晶强化起主导作用.     

Mg-Gd-Er-Zn稀土变形镁合金的微观组织与力学性能

为研究Mg-Gd-Er-Zn稀土变形镁合金微观组织与力学性能,通过金属模铸造、固溶处理、热挤压和时效处理工艺过程,制备了Mg-Gd-Er-Zn稀土变形镁合金,并利用金相显微镜(optical microscopy,OM)、X射线衍射仪(Xray diffraction,XRD)、扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)及透射电镜(transmission electron microscopy,TEM)等手段进行表征.结果表明:Mg-Gd-Er-Zn合金的铸态组织主要由α-Mg基体和沿晶界分布的(Mg,Zn)3Gd第2相组成,固溶后生成层片状的长周期堆垛有序(long period stacking ordered,LPSO)结构;经过热挤压变形,合金的晶粒得到显著细化;时效处理过程中,合金中析出纳米级尺寸的β'相.最终时效态合金的室温抗拉强度、屈服强度和伸长率可分别达397.5 MPa、359.0 MPa和6.0%.     

超声处理对Mg-9Al-xSi(x=1,6)合金不同形貌Mg_2Si相形成机制的影响

为了探讨超声处理对不同形貌Mg_2Si相形成机制的影响,本文采用超声辅助原位自生的方法成功制备了以Mg_2Si为增强相的镁合金材料。利用XRD、OM、SEM等分析测试手段,研究了超声处理对Mg_2Si微观形貌、大小及分布的影响。结果表明:经超声处理后,Mg-9Al-1Si合金中共晶Mg_2Si相由粗大汉字状变成短棒状、条状,团聚现象得到改善,分布更加均匀,使其抗拉强度和伸长率显著提高,分别由93 MPa和4.9%提升到172 MPa和12.3%;Mg-9Al-6Si合金中初生Mg_2Si相大量减少,由粗大多角状变成小块状或颗粒状,且内部无空洞、棱角趋于圆化,汉字状Mg_2Si相大量增加,使其抗拉强度和伸长率分别达到108 MPa和3.2%。这主要由于声空化产生的瞬态高温、高压及声流效应对合金液中元素及温度分布产生影响,使得凝固过程改变所致。     

Al_(0.3)CoFeNi-x合金显微组织与性能研究

为了探讨C和Cu元素对Al_(0.3)CoFeNi高熵合金微观组织及性能的影响,采用非自耗型真空电弧熔炼法制备了Al_(0.3)CoFeNi,Al_(0.3)CoFeNiC_(0.1),(Al_(0.3)CoFeNi)_(99.9)Cu_(0.1)和(Al_(0.3)CoFeNiC_(0.1))_(99.9)Cu_(0.1)4种成分的高熵合金。运用X射线衍射仪测量合金的晶体结构,采用扫描电镜和透射电镜观察合金的表面形貌和微观组织,利用万能试验机和维氏显微硬度计分别测试合金的压缩力学性能和显微硬度。试验结果表明:Al_(0.3)CoFeNi高熵合金为单一的FCC结构,分别添加1%C和0.1%Cu(原子百分比y/%)均未改变其晶体结构,但合金中析出了纳米相L12相,且0.1%Cu的添加会使L12相的尺寸减小。仅添加1%C时,L12相的颗粒尺寸约为30nm,再添加0.1%Cu后,L12相的颗粒尺寸减小到10nm。力学性能测试结果表明,(Al_(0.3)CoFeNiC_(0.1))_(99.9)Cu_(0.1)合金的综合力学性能最好,其压缩屈服强度、抗压强度、压缩率和显微硬度分别可达为974MPa、2532 MPa、51.9%和511.7HV。     

稀土Y对Mg-6Al—0．2Mn组织和力学性能的影响

针对AM60合金(Mg-6Al-0.2Mn)室温强度和耐热性较低的问题,采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及电子万能拉伸试验机,研究了不同质量分数(0%～1.2%)的Y对AM60合金显微组织和力学性能的影响.结果表明:加入0.4%Y时,AM60合金的晶粒组织得到显著细化,第二相为不连续的骨骼状,其相组成为α-Mg+Al2Y+Mg17Al12,并随着Y含量的增加,合金的第二相由不连续骨骼状变为连续网状分布.随后的T6处理使合金组织中的粗大第二相消失,出现细小的时效析出相Mg17Al12.加入0.4%Y时并进行T6处理可以提高合金的室温和高温抗拉强度,与AM60合金相比,其室温抗拉强度提高了40%,523K时的抗拉强度提高了35%.     

Mn对铸造K325合金凝固组织和元素偏析的影响

采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)技术,研究了Mn含量对铸造K325高温合金凝固组织和元素偏析的影响。研究结果表明,Mn元素添加对合金晶粒度和二次枝晶间距无明显影响,却明显促进Nb、Mo元素偏聚于枝晶间,增大合金的偏析倾向。Mn元素的添加,使得Mn元素由正偏析元素变为负偏析元素,但Mn元素对合金铸态组织中第二相析出行为并无明显影响。