含钪铝锌镁合金铸锭和均匀化显微组织研究

采用金相显微镜、差示扫描量热仪、扫描电镜及其能谱仪研究了Al-5.4Zn-2.0Mg-0.3Mn-0.25Cu-0.1Zr和Al-5.4Zn-2.0Mg-0.3Mn-0.35Cu-0.1Zr-0.25Sc两种合金的铸态及均匀化态显微组织演变与成分分布.结果表明:铸态组织以典型的枝晶结构存在,由过饱和的α-Al固溶体和α-Al+η-MgZn2的非平衡共晶相组成;铸态合金在470℃保温24 h,非平衡共晶相消失,合金枝晶偏析消除.确定合金铸锭的理想均匀化工艺参数为470℃×24 h.     

时效制度对新型Al-Zn-Mg-Cu铝合金力学及抗剥落腐蚀性能的影响

采用常温拉伸、硬度测试、电导率测试、极化曲线、剥落腐蚀实验、金相显微镜和透射电镜等分析测试方法研究了三种时效制度(T6、T7、RRA)对Al-5.0Zn-3.0Mg-1.0Cu-0.1Zr铝合金组织和性能的影响。结果表明:T6和RRA态合金较T7态合金,其晶内析出细小弥散且体积分数较高的沉淀强化相η'相,因此强度与硬度更高;而T7和RRA态合金较T6态合金导电率更高,且其晶界析出粗大、不连续η相,其抗剥落腐蚀性能更优。RRA态合金在保持了较高强度与硬度的同时,也具有较高的抗剥落腐蚀能力。     

均匀化处理对Al-4.5Cu-1.5Mg-0.6Mn-0.2Ti-0.5Zr合金组织及性能的影响

采用光学显微镜(OM)、差热分析(DSC)、X射线衍射、拉伸试验机、SEM断口分析等研究均匀化处理工艺对铸态Al-4.5Cu-1.5Mg-0.6Mn-0.2Ti-0.5Zr合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:Al-4.5Cu-1.5Mg-0.6Mn-0.2Ti-0.5Zr合金铸态组织中存在严重的枝晶偏析,沿晶界分布着大量块状析出相,主要为Al2Cu及Al2Cu Mg相,还有少量Al7Cu2Fe相;合金经485℃×10 h均匀化处理后,组织中的非平衡低熔点组织基本溶入基体,晶粒得到明显的细化,晶间组织分布均匀,断口为韧窝和准解理型的混合断裂特征,合金表现出较好的力学性能,硬度、抗拉强度、伸长率分别为146 HV、317.7 MPa、8.67%。     

稀土元素Gd对Mg-Zn-Zr镁合金组织和性能的影响

通过砂型铸造制备Mg-5Zn-0.6Zr和Mg-5Zn-3Gd-0.6Zr合金,并通过XRD、OM、SEM和EDS以及拉伸试验研究合金化稀土元素Cd对Mg-5Zn-0.6Zr合金铸造组织和力学性能的影响.结果表明:合金Mg-5Zn-0.6zr铸态组织由a-Mg和MgZn2等合金相组成.经固溶处理后,共晶组织全部溶入基体,晶界消失;添加合金化元素Gd后,试验合金Mg-5Zn-Gd-0.6Zr的晶粒显著细化,晶界处析出Mg-Zn-Gd三元相,在晶界析出相的周围均有大量弥散的颗粒状析出物,经固溶处理后,晶界处仍有未溶的化合物存在,但连续网状的Mg-Zn-Gd三元相分解为孤立的颗粒状或者长条状;在铸态下,合金Mg-5Zn-0.6Zr的力学性能优于Mg-5Zn-3Gd-0.6Zr.但经T4和T6态热处理后,合金Mg-5Zn-3Gd-0.6Zr的屈服强度和延伸率优于Mg-5Zn-0.6Zr.随着温度的升高,合金Mg-5Zn-0.6Zr 的抗拉伸强度显著下降,而Mg-5Zn-3Gd-0.6Zr的力学性能在高温区均优于Mg-5Zn-0.6Zr.     

Mg-2.54Nd-0.26Zn-0.32Zr合金组织分析

采用XRD、DTA、OM和TEM研究Mg-2.54Nd-0.26Zn-0.32Zr合金铸态和热处理后的相组成、相变温度、微观组织.研究表明:Mg-2.54Nd-0.26Zn-0.32Zr合金铸态组织析出相主要是分布在晶界的块状Mg_(12)Nd稀土化合物,只有少量的片状和粒状Mg_(12)Nd相分布在晶界和晶内;T6处理后Mg_(12)Nd以相互交叉的片状形式团簇状分布在基体中,形成方式为点状析出相聚集而成.     

Sc对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金铸态组织和力学性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜和能谱分析,研究Sc对Al-9.0Zn-2.5Mg-2.5Cu-0.15Zr合金铸态组织和力学性能的影响。结果表明,添加0.20%-0.60%的Sc,会使合金的铸态组织由粗大的树枝晶变为等轴晶,并使Cu的偏聚减轻,且Sc含量越高,合金铸态组织越细,Sc含量为0.60%的合金铸态组织最细小;随着Sc含量的增加,合金的抗拉强度升高,T6态时,Sc含量为0.60%的合金抗拉强度高达783.9 MPa。从熔体中析出的Al3（Sc,Zr）一次粒子具有与α（Al）基体相同的FCC晶格,晶格常数接近,可有效地细化合金的铸态组织。合金强化机理主要为Al3（Sc,Zr）引起的细晶强化、亚结构强化和沉淀强化。     

Mg-10Er-2Zn-0.6Zr合金的组织及力学性能

采用光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和力学试验等研究了Mg-10Er-2Zn-0.6Zr合金的组织和力学性能。结果表明,铸态Mg-10Er-2Zn-0.6Zr合金主要由树枝状α-Mg基体以及分布于枝晶间的长周期结构相和Mg_3(Er,Zn)相组成;合金经过500℃×20h固溶后,铸态合金中LPSO相和Mg_3(Er,Zn)相消失,而在晶界处生成WMg_3Er_2Zn_3相;随后炉冷至400℃,α-Mg晶内析出呈平行排列且贯穿晶粒的条纹状LPSO相结构。拉伸条件下,固溶态合金具有最佳的力学性能,其屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为117 MPa、227 MPa、17.9%。与拉伸性能相比,压缩条件下合金表现出更优的力学性能。     

含钪Al-9.0Zn-2.5Mg-1.2Cu-0.15Zr合金铸态组织与力学性能

采用铸锭冶金法制备了Al-9.0Zn-2.5Mg-1.2Cu-0.15Zr、Al-9.0Zn-2.5Mg-1.2Cu-0.12Sc-0.15Zr和Al-9.0Zn-2.5Mg-1.2Cu-0.20Sc-0.15Zr三种合金,采用金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜,研究了三种合金铸态及不同热处理状态下的显微组织,测试了不同热处理状态下合金的力学性能。结果表明,Sc含量增加可以提高Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的抗拉强度和伸长率,Al-9.0Zn-2.5Mg-1.2Cu-0.15Zr-0.20Sc经固溶和T6处理后,抗拉强度达到774.6 MPa,伸长率为8.3%。其作用机理主要为Sc含量增加,使合金中Al(3 Sc,Zr)引起的细晶强化、亚结构强化和弥散强化更进一步加强。     

Zr添加及热处理对Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响

分别制备了Al-4.9Zn-1.4Mg-0.08Cu和Al-4.9Zn-1.4Mg-0.08Cu-0.18Zr两种合金,并对两种合金分别实施了T6、T73和RRA热处理,利用拉伸机测试含Zr合金和无Zr合金热处理前后的屈服强度和抗拉强度,利用显微硬度仪测试含Zr合金和无Zr合金热处理前后的硬度,利用透射电镜(TEM)观察含Zr合金不同热处理状态析出相成分和分布情况,研究了Zr元素的添加对Al-4.9Zn-1.4Mg-0.08Cu合金热处理试样力学性能的影响。研究表明,Zr元素的添加使得Al-4.9Zn-1.4Mg-0.08Cu合金平均晶粒尺寸减小一半,同时促进了合金中溶质原子的固溶强化及析出强化作用,使含Zr合金的硬度和强度提高较大;经T6或RRA热处理的含Zr合金中的强化相主要为η'相,且与基底保持整合的方向关系,析出强化效果较好;经T73热处理的含Zr合金中的η'相转变为η相,造成基底晶格应变减少,析出强化效果较差;因细晶和析出强化共同作用促进了含Zr合金力学性能提高,使该合金的屈服强度超出Hall-Petch公式预测的增加量。     

时效状态对7000系超高强铝合金微观组织和慢应变速率拉伸性能的影响

采用常规拉伸和慢应变速率拉伸方法测试了Al-9．88Zn-2．40Mg-2．32Cu-0．12Zr铝合金在T6，RRA及T73时效状态下的力学性能和抗应力腐蚀性能，并通过SEM和TEM观察了慢应变速率拉伸断口形貌及析出相特征。TEM结果表明，T6，RRA和T73时效状态的晶内析出相分别以GP区＋η＇相、η＇相＋η相、η相为主，并且晶内和晶界析出相尺寸以及晶界PFZ宽度依次增大：同时晶界析出相逐渐由长条状连续分布逐渐转变成球状不连续分布。这些微观组织特点使得3种时效状态下实验合金具有不同应力腐蚀开裂倾向、常规拉伸性能和断口形貌特征。     

往复挤压对Mg-0.85Zn-0.15Y-0.6Zr铸态组织和力学性能的影响

研究了往复挤压对准晶增强Mg-0.85Zn-0.15Y-0.6Zr铸态合金显微组织及力学性能的影响。结果表明,往复挤压可大幅度细化Mg-0.85Zn-0.15Y-0.6Zr铸态合金组织,且使I相等相对均匀地分布在α-Mg基体中。同铸态合金相比,挤压后Mg-0.85Zn-0.15Y-0.6Zr合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别提高了75.8%,43.2%和35%。     

Al-6.3Zn-2.8Mg-1.8Cu铸造铝合金的组织和室温力学性能

研究了Al-6.3Zn 2.8Mg-1.8Cu铸造铝合金的组织和室温力学性能.研究表明,在金属型铸造条件下,Al-6.3Zn-2.8Mg-1.8Cu合金的铸态组织为近等轴晶,相组成为α（Al）基体、枝晶间α（Al）+η（MgZn₂）共晶、晶内游离η相（MgZn₂）、少量T相（Mg₃Zn_xCu₃-_xAl₂）及少量颗粒状Al₇Cu₂Fe.固溶处理后,原铸态组织中的η（MgZn₂）相大部分溶解消失,但形成新的沿晶界分布的S相（Al₂CuMg）.实验确定了固溶态Al-6.3Zn-2.8Mg-1.8Cu合金较优的单级和双级时效工艺.与单级时效工艺相比,采用双级时效工艺处理后,抗拉强度由480 MPa增加至490 MPa,延伸率由0.2%增加至2.2%.     

热处理对Al-11Zn-2.4Mg-2.1Cu-0.1Zr合金组织和性能的影响

制备了新型高Zn含量的Al-11Zn-2.4Mg-2.1Cu-0.1Zr高强铝合金,分析了淬火温度、深冷处理及时效工艺对合金微观组织与力学性能的影响。结果表明,随着淬火温度降低,淬火冷却速度与过饱和固溶体的固溶度连续增加,时效相变驱动力大幅提升,沉淀强化相的析出尺寸不断减小,晶内与晶界析出的强化相数量与析出密度大幅提升,抗拉强度随之提高。深冷处理的作用机制主要为预时效机制,受构件的体积和尺寸影响较大;与135℃×16h时效工艺相比,合金经120℃×24h时效处理后,晶内与晶界均析出了大量细小弥散分布的GP区与η'沉淀强化相,合金时效强化效果最佳,其平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为716 MPa、702 MPa与8.9%。     

预孪生化镁合金时效微观组织研究

对铸造Mg-8Zn-2Y-1Zr合金进行了固溶处理、预拉伸变形和时效处理,采用金相显微镜及透射电子显微镜等研究了经3%预拉伸变形的Mg-8Zn-2Y-1Zr合金时效微观组织。结果表明:经3%预拉伸变形的固溶态合金试样晶粒内产生大量孪晶,其硬度值比未变形的固溶态合金试样提高了HV6.9。经3%预拉伸变形的固溶态合金试样经160℃时效处理后,时效进程中产生大量GP区。峰时效阶段合金中存在大量弥散分布的短杆状沉淀相和未完全脱溶的沉淀相,此时合金硬度达HV86.2。过时效阶段部分沉淀相已长大为长杆状,但基体中仍存在大量弥散分布且尺寸细小的短杆状沉淀相,孪晶界上的短杆状沉淀相不仅析出密度高于基体,且发生约86°的转动。     

高强度Cu-Ni-(Al)-Si合金的组织和性能

通过光学显微镜、维氏硬度计、双臂电桥、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等测试手段对Cu-5.2Ni-1.2Si和Cu-5.2Ni-1.5Al-1.2Si合金的组织结构和性能进行了表征与测试。结果表明:2种合金的铸态组织均为发达的树枝晶组织,包括白亮的枝晶区、非平衡凝固相粒子及中间过渡区。其中枝晶为富Cu区,凝固相为富Ni和Si区,Al元素则比较均匀地分布在铸态组织中。峰值时效后,Cu-5.2Ni-1.5Al-1.2Si合金具有比Cu-5.2Ni-1.2Si合金更高的硬度。Al元素不但促进了Ni2Si的沉淀析出,还形成了Ni3Al沉淀相,从而大大提高合金强度。2种合金的时效早期均出现了有序化,峰时效时主要为沉淀析出强化,合金具有较好的抗过时效能力。     

Mg-6Gd-3Y-2Zn-0.5Zr镁合金的组织和性能

设计了新型Mg-6Gd-3Y-2Zn-0.5Zr镁合金,并用光学显微镜、扫描电镜及拉伸试验机对合金铸态、均匀化态及挤压态的显微组织特征和力学性能进行了研究。结果表明,铸态Mg-6Gd-3Y-2Zn-0.5Zr合金组织主要由α-Mg基体和沿晶界分布的块状长周期堆垛有序结构相组成,均匀化处理(450℃×16h)促使细小层片状的长周期堆垛有序结构相由晶界向晶内生长。挤压态Mg-6Gd-3Y-2Zn-0.5Zr合金在200℃下时效处理,无明显时效硬化现象,但挤压态合金具有优良的强韧性能,室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为335MPa、276MPa和17%。     

热挤压Mg-6Zn-xCu-0.6Zr(x=0,0.5,1.0,1.5)合金的显微组织及力学性能

对Mg-6Zn-x Cu-0.6Zr(x=0,0.5,1.0,1.5)合金进行了熔炼并浇注在金属模中,然后进行了挤压成形试验。结果表明:铸态合金随着Cu含量的增加晶粒逐渐细化,第二相含量增多,其组织由α-Mg、MgZn_2及Mg Zn Cu相组成。合金经挤压后力学性能明显提高,其中挤压ZK60合金的动态再结晶较弱,晶粒细化程度较小。铸态合金组织中的第二相在挤压过程中被打碎,并沿着挤压方向分布。挤压态合金晶粒细化程度明显,其平均晶粒尺寸可达到10~13μm。Mg Zn Cu相呈短棒状分布在晶界,而Mg Zn2相呈细小的颗粒状分布在基体上。挤压态合金力学性能改善的原因可归结为细晶强化、第二相弥散强化及固溶强化综合作用的结果。其中挤压态Mg-6Zn-1.0Cu-0.6Zr力学性能最优,其抗拉强度、屈服强度及伸长率分别达到320.22 MPa,240 MPa和11.48%。     

喷射成形Al-9.97Zn-2.65Mg-1.94Cu-0.12%Zr合金均匀化过程中的组织演变

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、差热分析等手段,研究了喷射成形Al-9.97Zn-2.65Mg-1.94Cu-0.12%Zr合金在均匀化过程中微观组织的演变。结果表明:均匀化处理可使合金中的一次析出相明显减少,经470℃均匀化处理24h的Al-9.97Zn-2.65Mg-1.94Cu-0.12%Zr合金的晶粒尺寸没有明显长大,大多数AlZnMgCu四元相回溶到基体中;均匀化态组织除α(Al)外,主要存在3种不同的相,分别为AlZnMgCu四元相、Al9FeNi相以及Al3Zr(L12)弥散粒子。     

含Sr和Ca的Mg-12Zn-4Al-0.3Mn合金的显微组织和力学性能

以Mg-12Zn-4Al-0.3Mn(质量分数,%)为母合金,制备了6种合金.实验观察证实,Mg-12Zn-4Al-0.3Mn合金的铸态组织由α-Mg基体和沿晶界分布的准晶Q相组成.在母合金中加入少量的Sr后,亚稳准晶相转变为Mg32(Al,Zn)49平衡相以及Mg51Zn20共晶相.在母合金中复合加入Sr与Ca后,铸态组织出现了Al2Mg5Zn2共晶相.随着Sr含量的增加,合金室温和高温下的力学拉伸强度提高,高温蠕变性能下降;Sr与Ca的复合加入使合金抗拉强度和塑性下降,但高温屈服强度提高.在175℃/70 MPa条件下,Mg-12Zn-4Al-0.2Sr-0.4Ca-0.3Mn合金表现出良好的高温抗蠕变性能.     

Mg-8Zn-1Ag-0.7Zr合金组织和力学性能研究

利用OM、SEM等手段对Mg-8Zn-1Ag-0.7Zr合金的微观组织、析出相成分和力学性能进行了研究,为工程应用提供参考。结果表明,Mg-8Zn-1Ag-0.7Zr合金以等轴晶方式凝固,铸态合金主要由α-Mg、Mg-Zn-Ag三元化合物和Zn_2Zr_3相组成,第二相主要集中分布在晶界上。热处理后,晶界上第二相的连续分布形态得到明显改善,Zn元素在基体中的含量变化明显。铸态时,Zn元素含量为3.09%,经固溶处理后,增加为8.24%。时效处理后,Zn元素含量下降至5.42%,起到很好的析出强化作用。T4态合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为311.4 MPa、147.4 MPa和13.7%,较铸态提高明显。经T6处理后,合金抗拉强度、屈服强度和伸长率为325.4 MPa、217.6 MPa和5.1%。