基于模糊数学的高强镁合金晶粒尺寸预测及热处理工艺优化

采用不同工艺对Mg-10Gd-3Y-0.5Zr高强镁合金进行了热处理试验,应用模糊数学方法构建了多元隶属函数,并对高强镁合金热处理后的平均晶粒尺寸进行了预测、检验和验证。结果表明:多元隶属函数不仅对Mg-10Gd-3Y-0.5Zr高强镁合金热处理后的平均晶粒尺寸具有较佳的预测能力,而且对Mg-15Gd-5Y-0.6Zr和Mg-8Gd-2Y高强镁合金热处理后的平均晶粒尺寸具有较好的预测能力。与生产线传统热处理工艺相比,采用试验优化热处理工艺制备的Mg-15Gd-5Y-0.6Zr高强镁合金的抗拉强度增加18%,屈服强度增加26%,断后伸长率增加7.7%;Mg-8Gd-2Y高强镁合金的抗拉强度增加17%,屈服强度增加25%,断后伸长率增加6.8%。     

Ti和Al对Mg-4Zn-3.5Y-0.8Ca-0.5Si镁合金凝固组织的影响

研究了少量的Ti和Al加入到Mg-4Zn-3.5Y-0.8Ca-0.5Si镁合金后对凝固组织所产生的影响。结果表明,在实际凝固条件下,Mg-4Zn-3.5Y-0.8Ca-0.5Si合金凝固过程中会发生明显的溶质再分配现象,最终形成粗大的树枝晶和厚大连续的晶界混合相;加入少量Ti或Al后,增加了Zn在-αMg中的固溶度,使实际条件下的非平衡凝固向近平衡凝固转变,使凝固末期的剩余液相减少,最终形成细化的不连续晶界。     

Ca对Mg-11Gd-3Y-0.5Zr合金显微组织和耐蚀性的影响

采用静态质量损失法、电化学测试方法研究了加入不同含量的Ca(0 mass%,0.2 mass%,0.8 mass%)对时效态Mg-11Gd-3Y-0.5Zr合金耐腐蚀性能的影响,运用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪对合金的组织和物相以及腐蚀产物形貌和物相进行分析。结果表明:时效态Mg-11Gd-3Y-0.5Zr合金主要由α-Mg基体、Mg_5Gd和Mg_(24)Y_5相组成,晶粒尺寸随着Ca含量的增加而减小,细化效果显著;当Ca含量为0.2 mass%时,其主要以固溶的形式存在,合金相的种类没有改变,但Ca含量为0.8 mass%时,合金有新相Mg_2Ca的生成且晶界处的第二相明显增多。在本文研究范围内,Mg-11Gd-3Y-0.2Ca-0.5Zr合金自腐蚀电位最高,腐蚀电流密度最小,合金的耐蚀性最好;合金表面的腐蚀产物主要是由Mg(OH)_2以及少量的Mg_5Gd和Mg_(24)Y_5相组成。     

ECAP变形对Mg-Y-Nd-Zr合金组织和性能的影响

利用等通道角变形(ECAP)方法,沿Bc路径在400℃温度下对稀土Mg-2Y-0.6Nd-0.6Zr合金进行不同道次的塑性变形,采用光学显微镜,X射线衍射仪和电子背散射衍射(EBSD)技术等分析了不同道次挤压之后合金的微观组织、晶粒尺寸、物相和织构的变化,采用硬度试验和拉伸试验研究了ECAP不同道次对合金力学性能的影响。结果表明:ECAP之后Mg-2Y-0.6Nd-0.6Zr合金晶粒得到明显细化,并且在4道次之后晶粒细化效果最佳,大部分晶粒已细化至0.45μm;在ECAP变形6道次后再结晶的晶粒开始长大,但晶粒组织在6道次的时候均匀性最好;Mg-2Y-0.6Nd-0.6Zr合金第二相体积分数较小,ECAP变形后有大量的第二相粒子Mg_2Y相从过饱和的基体中析出且多分布于晶界处,ECAP变形4道次后各相数量趋于稳定;Mg-2Y-0.6Nd-0.6Zr合金随着挤压道次的增加,小角度晶界所占比例减少,大角度晶界有所增加;同时,进行ECAP变形后,Mg-2Y-0.6Nd-0.6Zr合金织构的强度和取向都有所变化,织构强度在4道次时最弱,在随后的ECAP变形中又开始增强,在6道次时由倾斜织构转变成强基面织构,Schmind因子趋于0,力学性能结果表明晶粒的细化作用大于织构的软化作用和强化作用,随着ECAP道次的增加,Mg-2Y-0.6Nd-0.6Zr合金的力学性能有所提高,但是在ECAP变形4道次后提高幅度较小,抗拉强度由150 MPa提高到183 MPa,硬度也从54.8 HV0.1提高到了63.7 HV0.1,屈服强度也较ECAP变形之前提高了56%,基本上符合Hall-Petch关系;并且在6道次后,由于晶粒细化且均匀分布,室温伸长率提高到了26.7%。     

Zr与固溶处理对Mg-1.5Zn-0.5Ca-0.8Ce合金耐腐蚀性能的影响

以Mg-1.5Zn-0.5Ca-0.8Ce合金作为研究对象,分别进行合金化和固溶处理,研究Zr的添加及固溶处理对镁合金Mg-1.5Zn-0.5Ca-0.8Ce耐腐蚀性能的影响,并探究合金化和热处理对镁合金耐腐蚀性能影响机理。结果表明:Zr的加入和固溶处理均有效提高了材料的耐腐蚀性,其中Mg-1.5Zn-0.5Ca-0.8Ce-0.7Zr镁合金固溶试样具有最优异的耐腐蚀性能。研究表明合金化及热处理对镁合金的组织和耐腐蚀性均具有重要影响。     

Zr含量对Mg-Gd-Y镁合金组织和性能的影响

在稀土镁合金专用熔剂覆盖和氩气保护下制备了Mg-7Gd-3Y、Mg-7Gd-3Y-0.3Zr、Mg-7Gd-3Y-0.5Zr、Mg-7Gd_3Y-0.7Zr 四种合金.采用光学显微镜、X射线衍射、室温力学测试对合金的显微组织与力学性能进行了分析.研究了Zr元素对合金晶粒大小及铸态力学性能的影响.显微组织观察表明,Zr显著地细化 Mg-7Gd-3Y-合金的晶粒.力学性能测试表明,Zr元素的添加,使合金铸态下的抗拉强度和伸长率均得到了较大提高.     

轧制温度和轧制道次对Mg-1RE-0.5Zn-0.5Zr合金组织和性能的影响

利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪、电子万能试验机和激光导热仪研究了轧制温度和轧制道次对Mg-1RE-0.5Zn-0.5Zr合金组织和性能的影响。结果表明:铸态Mg-1RE-0.5Zn-0.5Zr合金主要由镁基体(α-Mg)和沿晶界分布的LaMg_(12)、CeMg_(12)第二相组成。经过轧制变形后,合金的晶粒细化,力学性能得到改善。当轧制温度相同时,合金的抗拉强度随着轧制道次的增加而提高。当轧制道次相同时,轧制温度越高,合金的抗拉强度越高。在相同的轧制温度下,合金的断后伸长率随着轧制道次的增加先降低后升高。轧制退火态合金的抗拉强度低于轧制态合金,这是由于退火处理后晶粒长大,合金的抗拉强度略有降低。合金在410℃轧制不同道次时的热导率较高,3道次轧制的最高,达146.678 W/(m·K),比铸态合金提高了20.9%。410和450℃轧制退火态合金的热导率相比轧制态的变化不明显。     

Mg-9Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr合金材料喷丸强化工艺及摩擦磨损性能研究

目的 提高Mg-9Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr合金的耐磨性能。方法 通过喷丸强化工艺对Mg-9Gd-3.5Y-2Zn- 0.5Zr合金表面进行处理,在合金表面制备出纳米强化层,随后进行干滑动摩擦磨损试验,探究其喷丸强化后耐磨性能的改变。利用OM、SEM研究合金表层至内部晶粒尺寸及组织特征的变化。利用电子天平秤测量摩擦磨损试验前后质量的损失量。利用维氏显微硬度计测量合金强化层深度方向的硬度分布。利用SEM研究了合金摩擦磨损后的形貌特征,探究其磨损机制。结果 对Mg-9Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr合金进行表面喷丸处理后,表面分别出现了200~370 μm厚的晶粒细化层,其中喷丸气压为0.4 MPa、时间为40 s的试样的细晶强化层厚约为250 μm,硬度约为155HV,较原始试样提高了50%左右。结论 经喷丸强化后,镁合金表面发生塑性变形,获得纳米晶。晶粒尺寸从表层到内部逐渐变大,呈现梯度变化,喷丸处理后试样磨损质量普遍降低,耐磨性能得到提高,其中气压为0.4 MPa、喷丸时间为40 s的试样的耐磨性最好。铸态试样的摩擦磨损中,磨粒磨损和黏着磨损发挥主要作用,喷丸强化工艺后,磨损机制发生改变,喷丸时间为60 s时,氧化磨损起主导作用。另外,随着喷丸气压的增大,疲劳磨损由辅助作用逐渐变为主导作用。     

热轧道次对纳米SiC颗粒增强Mg-9Al复合材料薄板显微组织和力学性能的影响

采用粉末热压法制备了纳米SiC质量分数为7. 5%的SiC_p/Mg-9Al复合材料薄板。通过对复合材料进行小压下量的多道次热轧,研究了热轧道次对其显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着轧制道次的增加,晶粒尺寸越来越细小; SiC颗粒的分布也变得更加均匀,同时部分SiC颗粒嵌入原始镁颗粒中,硬度较高的SiC颗粒阻碍了相对较软的镁颗粒的移动,使得SiC颗粒-基体界面附近的位错密度增大和SiC颗粒和镁基体之间的结合增强。复合材料的抗拉强度和屈服强度也随着轧制道次的增加而增加,当轧制道次进行到6道次时,总变形量约为50%,获得相对最优的综合力学性能,抗拉强度为292. 5 N/mm2,屈服强度为252 N/mm2,伸长率为3%。复合材料的强度主要取决于晶粒尺寸、SiC颗粒的分布以及增强相和基体的结合程度。     

热处理对Mg-4Y-3R_E合金微观组织和力学性能影响

采用熔铸法制备了Mg-4Y-3R_E-0.5Zr合金,利用固溶处理和时效处理;采用扫描电子显微镜(SEM)观察了合金的微观组织,利用能谱仪(EDS)对微区成分和析出相进行了分析,采用X射线衍射仪对合金的相组成进行分析。结果表明,Mg-4Y-3R_E-0.5Zr铸态合金由α-Mg和晶界处Mg-Y-Nd三元相组成,析出相为不规则的条状,固溶处理后晶界处三元相溶入基体,晶粒尺寸与铸态晶粒尺寸相差不明显。随着时效时间增加,晶粒尺寸无明显变化,时效2 h后,晶粒内部出现细针状和细小颗粒的析出相,且随时效时间延长析出相的数量明显增加。固溶+时效处理8 h后的合金比铸态合金的拉伸性能提高了30 MPa,而伸长率没有明显变化。     

Effect of Solution Treatment on Microstructure and Corrosion Properties of Mg–4Gd–1Y–1Zn–0.5Ca–1Zr Alloy

The as-cast multi-element Mg–4Gd–1Y–1Zn–0.5Ca–1Zr alloy with low rare earth additions was prepared, and the solution treatment was applied at different temperatures. The microstructural evolution of the alloy was characterized by optical microscopy and scanning electron microscopy, and corrosion properties of the alloy in 3.5% NaCl solution were evaluated by immersion and electrochemical tests. The results indicate that the as-cast alloy is composed of the a-Mg matrix,lamellar long-period stacking-ordered(LPSO) structure and eutectic phase. The LPSO structure exists with more volume fraction in the alloy solution-treated at 440 °C, but disappears with the increase in the solution temperature. For all the solution-treated alloys, the precipitated phases are detected. The corrosion rates of the alloys decrease first and then increase slightly with the increase in the solution temperature, and the corrosion resistance of the solution-treated alloys is more than four times as good as that of the as-cast alloy. In addition, the alloy solution-treated at 480 °C for 6 h shows the best corrosion property.     

热处理对砂型铸造Mg-10Gd-3Y-0．5Zr镁合金微观组织和力学性能的影响

采用金相分析、SEM、硬度试验和拉伸试验等方法分析和测试砂型铸造 Mg-10Gd-3Y-0.5Zr 镁合金在T6态（固溶后空冷然后时效）下的显微组织和室温力学性能,讨论该合金的断裂机理。结果表明,砂铸Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金在225℃和250℃时效下的最优T6热处理工艺分别为（525℃,12 h＋225℃,14 h）和（525℃,12 h＋250℃,12 h）。峰时效下T6态Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金主要由α-Mg＋γ＋β′相组成,2种峰时效热处理工艺下合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为339.9 MPa、251.6 MPa、1.5%及359.6 MPa、247.3 MPa、2.7%。在不同热处理工艺下Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金断裂的类型不同,峰时效态合金的断裂方式为穿晶准解理断裂。     

Effect of ageing treatment on microstructures,mechanical properties and corrosion behavior of Mg-Zn-RE-Zr alloy micro-alloyed with Ca and Sr

Effects of ageing treatment on the microstructures, mechanical properties and corrosion behavior of the Mg-4.2Zn-1.7RE-0.8Zr-xCa-ySr [x=0, 0.2 (wt.%), y=0, 0.1, 0.2, 0.4 (wt.%)] alloys were investigated. Results showed that Ca or/and Sr additions promoted the precipitation hardening behavior of Mg-4.2Zn-1.7RE-0.8Zr alloy and shortened the time to reaching peak hardness from 13 h to 12 h. The maximum hardness of 77.1±0.6 HV for the peak-aged Mg-4.2Zn-1.7RE-0.8Zr-0.2Ca-0.2Sr alloy was obtained. The microstructures of peak-aged alloys mainly consist of α-Mg phase, Mg₅₁Zn₂₀ phase and ternary T-phase. The Zn-Zr phase is formed within the α-Mg matrix, and the Mg₂Ca phase is formed near T-phase due to the enrichment of Ca in front of the solid-liquid interface. Furthermore, fine short rod-shaped β′₁ phase is precipitated within the α-Mg matrix in the peak-aged condition. The peak-aged Mg-4.2Zn-1.7RE-0.8Zr-0.2Ca-0.2Sr alloy exhibits optimal mechanical properties with an ultimate tensile strength of 208 MPa, yield strength of 150 MPa and elongation of 3.5%, which is mainly attributed to precipitation strengthening. In addition, corrosion properties of experimental alloys in the 3.5wt.% NaCl solution were studied by the electrochemical tests, weight loss, hydrogen evolution measurement and corrosion morphology observation. The results suggest that peak-aged alloys show reduced corrosion rates compared with the as-cast alloys, and minor additions of Ca and/or Sr improve the corrosion resistance of the Mg-4.2Zn-1.7RE-0.8Zr alloy. The peak-aged Mg-4.2Zn-1.7RE-0.8Zr-0.2Ca-0.2Sr alloy possesses the best corrosion resistance, which is mainly due to the continuous and compact barrier wall constructed by the homogeneous and continuous second phases.

     

铸态与挤压态Mg-5Y-7Gd-1Nd-0.5Zr合金在5% NaCl水溶液中的腐蚀行为(英文)

在5%NaCl水溶液中通过浸泡和电化学测试研究铸态与挤压态Mg-5Y-7Gd-1Nd-0.5Zr镁合金的腐蚀性能。铸态和挤压态Mg-5Y-7Gd-1Nd-0.5Zr镁合金的平均晶粒尺寸分别为100μm和15μm。在腐蚀初期,铸态合金的腐蚀形貌为点蚀和少量丝状腐蚀,挤压态合金的腐蚀形貌为点蚀。挤压态合金的腐蚀速率大于铸态合金的腐蚀速率。包含稀土的第二相在合金中作为阴极,改善了合金的腐蚀性能。铸态与挤压态合金的腐蚀电位分别为-1.658V和-1.591V。探讨了铸态与挤压态合金腐蚀性能不同的原因。     

Mg-3.5Y-0.8Ca阻燃镁合金的高温氧化特性

通过Y和Ca的同时加入获得了阻燃效果优异的Mg-3.5Y-0.8Ca阻燃镁合金,实现了镁合金在大气条件下的无保护熔炼。俄歇电子能谱仪和X射线衍射表面分析结果表明:Mg-3.5Y-0.8Ca阻燃镁合金在高温下暴露于大气中时,合金表面会生成一层以Y2O3为主的氧化膜;干燥空气中,Mg-3.5Y-0.8Ca合金在773、873和973K下氧化时,其氧化动力学曲线遵循立方规律;基于高温氧化热力学分析,建立了Mg-Y合金在高温下的选择性氧化模型,并分析Ca在Mg-Y合金选择性氧化中的第三元素效应,即Ca元素加入Mg-Y合金后,同时起到“吸气剂”作用和增强Y元素表面活性的作用,因而大大降低了Y2O3发生选择性氧化所需Y含量阈值。     

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%。     

Influence of extrusion temperature on microstructure and mechanical properties of Mg-4Y-4Sm-0.5Zr alloy

The solution-treated Mg-4Y-4Sm-0.5Zr alloy was extruded at temperatures from 325℃ to 500℃.Dynamic recrystallization(DRX) completely occurs when the alloy is extruded at 350℃and above.The grains of the extruded alloy are obviously refined by the occurrence of DRX.The average grain size of the extruded alloy increases with increasing the extrusion temperature,leading to a slight decrease of the ultimate tensile strength(UTS) and the yield strength(YS) .On the contrary,the UTS and YS of the extruded and aged alloy increase with increasing the extrusion temperature.Values of UTS of 400 MPa,YS larger than 300 MPa and elongation(EL) of 7%are achieved after extrusion at 400℃ and ageing at 200℃ for 16 h.Both grain refinement and precipitation are efficient strengthening mechanisms for the Mg-4Y-4Sm-0.5Zr alloy.     

Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金形变软化行为及本构方程建立

使用型号为Gleeble-3500的热压缩实验机进行热压缩实验,在实验中调控温度和应变速率,绘制流变应力曲线图并进行分析。对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金在温度为360~480℃、应变速率为0.001~1 s^-1、并且热压缩试样的最大变形程度为60%条件下的形变软化现象进行了研究。经研究发现,Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的形变软化行为主要受其在不同变形条件下的动态再结晶行为的影响。设定材料常数α、n、A和Q与应变构建影响关系,将应变考虑在内后,建立了Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金本构方程,其平均变形激活能为232.54 kJ·mol^-1。进行了误差检验,得到的峰值应力的实验值与计算值的平均相对误差的绝对值仅为5.5%,说明了建立的本构模型精度较高。     

Ce对Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr合金微观组织和耐蚀性的影响

为获得高强耐蚀的镁稀土合金,采用扫描电镜、X射线衍射分析、腐蚀失重法、电化学阻抗和动电位极化等研究了元素Ce对Mg-9Gd-4Y-1Nd-0.6Zr合金微观组织和耐蚀性的影响。结果表明添加0.5% Ce后合金耐腐蚀性能较好,合金的腐蚀电流密度为不含铈合金的55.6%,腐蚀电位正移约141 mV。适量Ce元素的加入导致其他稀土元素在晶界处富集并呈网状分布,使第二相粒子尺寸变小,体积分数变大。