镁合金半固态研究进展

本文首先介绍了镁合金半固态研究背景,进而从镁合金半固态成形合金设计、镁合金半固态成形工艺研究、镁合金外场处理下半固态成形,以及镁合金半固态成形过程模拟四个主要方面介绍了镁合金半固态成形技术的现状。从近十年的研究结果得出：镁合金耐腐蚀性增加、晶粒明显细化、尺寸更加均匀、制备了细小的等轴的再结晶组织半固态浆料、获得力学性能更佳、对产品缺陷进行预测、实现了工艺优化。进一步完善和创新了镁合金半固态工艺,对推动镁合金发展具有重大的意义,并对镁合金半固态成形未来的发展方向进行了展望。     

挤压态镁合金板材复合变形过程中的孪晶组织演变规律

采用扫描电镜(SEM)研究了挤压态镁合金压痕—压平复合变形过程中动态再结晶及孪晶组织演变规律。结果表明:在镁合金压痕—压平复合变形过程中,随着复合变形系数和变形温度的增加,AZ31镁合金的孪晶数量逐渐增多,动态再结晶程度增大,晶粒细化效果明显。动态再结晶的主要形核之处是原始晶粒的晶界处,动态再结晶新晶粒产生于原始晶粒的晶界处,且形状为典型的项链状结构,孪晶界也是动态再结晶的有利形核位置。在压痕-压平复合变形过程中,较低的变形温度和较大的变形程度有利于孪晶组织的形成,且孪晶组织容易出现在大晶粒内部。     

应变诱发AZ91D镁合金半固态组织形态及形成机理

采用应变诱发方法制备了AZ91D镁合金半固态材料。考察了变形率、温度、保温时间对固相体积分数、组织形态以及晶粒尺寸的影响。结果表明：在冷变形条件下.于570℃保温一定时间后。可制备出固相体积分数最小达55％的镁合金半固态材料。分析讨论了AZ91D镁合金半固态组织的形成机理。在热处理过程中，组织发生再结晶，而冷变形程度对再结晶的组织有显著影响。     

等温处理对挤压态AZ80A镁合金半固态组织的影响

采用应变诱发熔化激活法(SIMA)工艺制备了AZ80A镁合金半固态坯料,研究了保温温度和保温时间对半固态组织的影响。结果表明:随着保温温度的升高和保温时间的增加,AZ80A镁合金的平均晶粒尺寸与液相率都呈上升趋势,形状因子呈先增大后减小的趋势。半固态组织由α-Mg晶粒、Al、Zn元素富集形成的晶界处液相和晶内“小液池”组成,其组织演变分为初始晶粒合并长大,晶粒球化、彼此分离,最终合并粗化3个阶段。采用该种方法制备AZ80A镁合金半固态坯料时合适的保温温度为550 ℃、保温时间为45 min,此时半固态组织的平均晶粒尺寸、形状因子和液相率分别为89 μm、0.795和26.7%。     

Si元素对变形铝合金再结晶影响

围绕不同的成分、变形温度和变形量同再结晶退火后的合金硬度之间的关系,通过偏光显微组织分析以及硬度测试对铝硅合金变形再结晶进行了研究。结果表明,铝硅合金在500℃进行0.5 h固溶处理后以较快的速度进行变形会使得退火后再结晶晶粒尺寸变大。硅含量较少的时候可以促进铝硅合金再结晶的发生,并使再结晶晶粒粗化,而当硅含量大于1%之后,随着硅含量的增加再结晶晶粒会显著减小。     

相场方法研究变形镁合金的晶粒分布

结合多态相场(MSPF)模型与晶体畸变模型,获得变形镁合金初始变形晶粒组织以及合金内部的非均匀储存能分布,计算模拟不同退火温度条件下的再结晶形核和晶粒长大的微观演化过程,分析退火温度对再结晶晶粒长大和晶粒尺寸的影响,对比不同时刻的再结晶晶粒分布特征。结果表明:在相同的变形条件下,位错密度高的区域,如晶界附近,储存能较高,再结晶形核最先在高储存能区域出现,并通过合并与吞噬机制长大;而在变形晶粒内部,储存能较低且分布相对均匀,再结晶过程中形核长大较慢。不同退火温度下晶粒尺寸权重概率的分布表明:低温下会出现双峰结构和异常晶粒长大现象;高温下晶粒长大较快,晶粒尺寸分布向大尺寸方向变化且趋于均匀。     

铝对铁素体不锈钢的组织和力学性能的影响

基于常用铁素体不锈钢钢种439,通过降低硅含量,增加铝含量,得到了3种不同成分的低硅高铝不锈钢.采用金相显微镜研究了其微观组织,并通过拉伸试验及硬度测试对其力学性能进行了分析.结果表明,铝能促进439不锈钢的回复再结晶,细化晶粒.随着439不锈钢合金成分中铝含量的增加,冷轧退火板的晶粒尺寸较小,硬度、屈服强度和抗拉强度升高.     

半固态处理工艺参数对挤压AZ91镁合金微观组织的影响

研究了半固态等温处理温度和时间对挤压AZ91镁合金微观组织演变的影响。挤压AZ91镁合金的微观组织为流线带状组织,由分布于其间的细小再结晶α-Mg等轴晶组成。在半固态温度区间进行等温处理时,合金内的低熔点相及溶质元素富集区优先开始熔化,然后沿着晶界渗透,形成液相包围固相晶粒的半固态组织。随着等温温度的升高,固相晶粒熔化分离的速度加快。在等温温度为560℃时,随着等温时间的延长,液相不断增加,固相晶粒分离并不断趋于圆整。等温处理20 min后,合金达到了固/液平衡状态,Ostwald熟化机制开始明显,晶粒长大成为主要机制。挤压AZ91镁合金较佳的等温处理工艺为等温温度560℃,等温时间20~30 min。     

浇注温度对自孕育铸造法制备AM60镁合金半固态浆料的影响(Ⅰ)

采用新型的自孕育法制备AM60镁合金半固态浆料,研究浇注温度对自孕育法制备AM60镁合金半固态浆料的影响。结果表明:随着浇注温度的降低,组织中发达和粗大的树枝晶逐渐减少;在接近液相线温度时出现小块状或蔷薇状晶粒,晶粒的尺寸逐渐减小;分布逐渐趋向正态分布,且存在一个合适的温度加工区间,即630～680℃,对应的晶粒尺寸为58.4～63.1μm。加入的孕育剂在熔体中起到内冷铁作用,加快熔体的冷却速率,使熔体快速到达半固态区间。采用自孕育法制浆时,合金熔体中晶核主要来源于熔体中的高熔点质点(Al8Mn5)、孕育形核和晶粒游离与增殖。     

AZ80镁合金半固态组织的等温演化研究

对半连续铸造和热挤压态AZ80镁合金进行半固态等温处理,研究了其微观组织的演变规律和α-Mg晶粒尺寸及形状系数与工艺参数的定量关系。结果表明,相同参数条件下,挤压AZ80镁合金经半固态等温处理后,α-Mg晶粒更圆整,晶粒尺寸分布更均匀;其α-Mg晶内液相出现机制以溶质元素富集和高能储备导致晶内局部优先熔化为主;而半连续铸造AZ80镁合金半固态等温处理过程中,α-Mg晶内液相出现机制以枝晶臂合并导致液相进入晶内为主。挤压AZ80镁合金经不同参数的半固态等温处理后,α-Mg晶粒尺寸均符合高斯分布;其较佳的半固态处理工艺参数为570℃保温20min,此时固、液相的相对分布更均匀,α-Mg晶粒平均形状系数为0.86,且多集中于高系数区。     

等径道角挤压预变形AZ61镁合金在半固态等温处理中的微观组织演变(英文)

利用金相显微镜和图像分析设备对等径道角挤压预变形AZ61镁合金在半固态等温处理中的微观组织演变进行研究。先利用等径道角挤压对AZ61镁合金铸坯在310℃进行应变诱导,然后将其在半固态进行不同时间的等温处理。研究结果表明:挤压道次、等温处理温度和变形路径影响预变形AZ61镁合金在半固态等温处理中的微观组织演变过程。在将等温处理温度从530℃升高至560℃的过程中,合金的平均晶粒尺寸从22μm增大到35μm。当等温处理温度为575℃时,平均晶粒尺寸减小。当等径道角挤压的变形路径为BC时,预变形AZ61镁合金在半固态等温处理中获得的微观组织晶粒尺寸最小。     

不同稀土含量的铝合金牺牲阳极的显微组织研究

浇铸了4种不同RE含量的Al-Zn-In-Sn-Mg合金牺牲阳极.利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)和能谱分析,确定了4种合金的晶粒尺寸、偏析相数量及其成分.结果表明:随着RE含量的增加,铝合金的晶粒变小,偏析相的数量先增加后减少;偏析相主要为晶界析出物和弥散相;RE含量不同时,晶界析出物不同;细化阳极晶粒最佳RE含量0.5%,0.3%RE时阳极偏析相数量最多.     

Mg-Nd-Gd-Zn-Zr镁合金铸造组织与力学性能

采用正交试验方法,通过砂型铸造制备9种不同成分的Mg-Nd-Gd-Zn-Zr系镁合金。研究该系列镁合金的铸造组织和室温力学性能,并通过对力学性能试验数据的分析,研究主要合金化稀土元素Gd和Nd的作用。研究发现:该系列镁合金铸态组织为α-Mg基体和Mg12Nd化合物。经过固溶处理后,铸态组织中晶界上的化合物大部分溶入基体,但在晶界上还有一些颗粒状的化合物。Gd含量越高,合金的室温抗拉强度、屈服强度和延伸率就越高。Nd含量越高,抗拉强度和屈服强度也越好,但延伸率在Nd含量超过2水平(2.85%)后会降低。抗拉强度和屈服强度受Nd含量的影响最大,Gd含量的影响次之。Zn含量越高屈服强度越高,但抗拉强度和延伸率降低,其中延伸率受Zn含量的影响最大。     

钇含量对电弧增材制造2319铝合金组织与性能的影响

以不同钇含量的2319铝合金丝材为原材料,采用基于冷金属过渡的电弧增材制造工艺(wire arc addictive manufacturing,WAAM)制备2319铝合金,研究了钇含量对WAAM 2139铝合金的显微组织及力学性能的影响. 结果表明,添加Y元素可明显细化直接沉积态WAAM 2319铝合金的晶粒,细晶强化及第二相强化作用显著,间接影响了时效过程析出的二次析出相θ′的数量,同时,未对直接沉积态WAAM 2319铝合金中气孔缺陷的大小、分布产生显著影响. 随着钇含量的增加,合金凝固过程含钇化合物在晶粒交汇处偏析程度增大,使得合金成分过冷度减小,导致WAAM 2319铝合金的晶粒尺寸呈现先减小后增大的趋势,抗拉强度和屈服强度呈现出先上升后下降趋势,断后伸长率逐渐下降. 当钇含量为0.15%时,WAAM 2319铝合金表现出最优的力学性能,即抗拉强度484 MPa、屈服强度348 MPa和断后伸长率10.5%.     

Compression behaviour of semisolid YL112 die casting aluminium alloy following isothermal heat treatment

Abstract

The semisolid compression deformation behaviour of YL112 die casting aluminium alloy with the non-dendritic and dendritic structures has been compared in tests using a Gleeble-1500 thermomechanical simulator. The non-dendritic structure was obtained by isothermal treatment at 570°C for 120 min. In tests up to compressive strains of 0·8, the semisolid compression stress of the alloy with non-dendritic structure initially increases rapidly with increasing strain, then decreases, before reaching a plateau value. Under different deformation temperatures and deformation rates, the maximum compressive stresses are obtained in all cases at strain values of ～0·07. The semisolid deformation stress decreases with increasing deformation temperature and increases with increasing deformation rate. The compression behaviour of the two types of alloy differs. The semisolid compression stress of the alloy with dendritic structure is higher than that of the alloy with non-dendritic structure; and for strains >0·07, the semisolid compression stress increases and decreases with increasing strain for alloys with dendritic and non-dendritic structures respectively.     

Si含量对7050铝合金显微组织和抗应力腐蚀开裂的影响

分别研究Si含量为0．094％、0．134％和0．261％的3种T7651态7050铝合金的组织和应力腐蚀开裂敏感性。结果表明：随着Si含量从0．094％增加到0．261％,Mg2Si相的面积分数从0．16％增加到1．48％,并且尺寸粗化;而其它粗大相（包括Al2CuMg、Mg（Al3Cu,Zn）2和Al7Cu2Fe）的面积分数从2．42％减小到0．78％。合金的电导率随Si含量的增加而增加。合金在空气中进行慢应变速率拉伸时,抗拉强度和伸长率随Si含量的增加而降低;而在3．5％NaCl溶液中进行慢应变速率拉伸时,随Si含量增加,合金应力腐蚀开裂敏感性降低。     

Effect of Si addition on microstructure and mechanical properties of Al-Mg-Si-Zn alloy

The effect of Si addition on the microstructure and mechanical properties of Al-Mg-Si-Zn aluminum alloys were investigated.Results show that the microstructure of Al-Mg-Si-Zn alloy with low Si contents is mainly composed of Mg2Si and Mg5Si6 phases.With the increasing of Si content,Si and Al3.21Si0.47 phases precipitate in the form of eutectic phases in the alloys,at the same time,the mean shape factor of the second phase firstly increases and then decreases.Regression analysis results show that the Si content has the main influence and the mean shape factor has the least influence on tensile strength.Tensile strength increases significantly with the addition of Si,however,there is a remarkable drop in the elongation of the alloys.Decreased elongation is related to the formation of monotonous Al(200)structure and the enlargement of interplanar spacing of(111)and(200)crystalline planes.     

Zn含量对7XXX铝合金性能及微观组织影响

为了深入研究7XXX铝合金的成分对材料性能的影响,对通过模铸工艺制备的高锌含量的铝基合金性能和微观组织进行了研究,重点探讨了Zn含量对合金组织、性能和铸造流动性的影响。研究结果表明,当Zn含量从20%增加到40%时:对材料组织的影响主要表现为晶粒尺寸由45μm减小到20μm,晶界处非平衡相α+η的体积分数由9%增加到28%;对力学性能的影响表现为抗拉强度与屈服强度升高,分别达到470 MPa和430 MPa,伸长率有所降低,从7%降低至3%左右,合金硬度值由75 HV提高至140 HV。同时,Zn含量的增加可以降低合金固相线温度,这有利于提高合金的流动性。