深冷处理对非平衡凝固Mg-6Al-1Y合金组织的影响

采用铜模喷铸与深冷处理相结合,制备出Mg-6Al-1Y细晶合金,对比研究深冷处理对合金快冷组织及其时效析出的影响。结果表明,由于凝固过冷度及形核率增大,快冷Mg-6Al-1Y合金的组织主要为细小等轴枝晶,局部存在微米级粒状晶,同时形成高固溶组织及位错结构。深冷过程中引起的应力累积效应有利于快冷合金中细小枝晶发生碎断,并随深冷时间的增加而趋于球化,其中深冷32 h后的平均晶粒尺寸降至10μm,同时位错密度急剧升高。经200℃×16 h时效处理后,快冷与深冷协同作用下Mg-6Al-1Y合金的晶界不连续析出程度大幅增加,同时晶内连续析出相形貌及数量得到有效改善,合金显微硬度(HV)高达71.3,相比原始快冷合金提高了11.9%。     

时效温度对非平衡凝固K424合金析出相及硬度的影响

采用铜模喷铸与等温时效相结合的方法,研究了快冷K424高温合金的非平衡凝固组织及其沉淀相析出行为。结果表明,铜模喷铸合金组织发生了显著细化,二次枝晶间距相比铸态大幅降低,溶质偏析的减弱有利于抑制粗大碳化物及共晶组织形成。随铜模内径下降,枝晶形貌由无方向性等轴晶逐渐转变为择优生长的定向枝晶。经800~1000℃等温时效30min后,快冷合金的过饱和固溶体组织中开始析出γ′相。随时效温度提高,沉淀相尺寸及体积分数同时增加。900℃×30min时效后可获得大量细小均匀的球形γ′相,快冷合金的显微硬度(HV)高达478,相比原始非平衡态合金提高了13%。     

铜模喷铸K424合金的组织及沉淀相析出行为

研究了采用铜模喷铸制备的K424合金的组织及等温时效热处理工艺对其沉淀相析出行为的影响。结果表明,冷速的提高有利于合金枝晶组织的细化,其中二次枝晶间距由铸态时的96μm显著下降到快冷态的9μm,同时导致碳化物与共晶相的尺寸及含量降低。铜模喷铸合金经等温时效处理后,原始过饱和固溶体组织发生沉淀相析出。当时效温度为800℃时,γ′相的尺寸及体积分数均随保温时间的延长而增加,相应形貌由不规则球形向立方结构发生转变,沉淀强化效应的增强导致合金硬度不断提高。经1000℃/4 h时效处理后,铜模喷铸合金中γ′相为矩形形貌并发生明显粗化,从而引起合金硬度的下降。     

SiC颗粒参与下快冷镁合金异质形核与高温晶粒长大

采用铜模喷铸与高温退火相结合,研究快冷AZ91+Si C合金组织细化与高温晶粒长大,揭示Si C颗粒对亚快速凝固镁合金异质形核及热稳定性的影响。结果表明:Si C可促进亚快速凝固过程中异质形核,阻碍凝固界面迁移,显著细化喷铸合金组织。400℃等温退火后,组织从枝晶向等轴晶转变并发生明显晶粒长大,快冷AZ91合金保温8 h后平均晶粒尺寸达78μm。添加2%Si C后,晶粒长大得到有效控制,8 h退火处理后平均晶粒尺寸仅为22μm。Si C的存在提高了基体中晶格畸变,退火组织中析出层片状与粒状共存的沉淀相。晶粒细化及Si C的添加提高了快冷镁合金显微硬度。随退火时间延长,合金硬度下降。沉淀相的析出导致AZ91+2%Si C合金硬度增加,最高可达111HV,比AZ91合金的硬度提高63.2%。     

铜模激冷SiCp/AZ91镁合金晶粒细化及固溶组织演化

采用Si C颗粒添加与铜模喷铸相结合的方法,提高快冷条件下熔体的异质形核潜力,制备出亚快速凝固镁合金细晶组织。在此基础上,对比研究了热处理温度(320、370和400℃)对晶界离异共晶β-Mg_(17)Al_(12)相动态固溶过程的影响。结果表明,亚快速凝固AZ91+1%SiC(质量分数)合金经320℃/2 h处理后固溶不完全,仍然保留原始不规则花瓣状组织,少量基体相中出现细小条纹。370℃/2h处理后晶界消失速率加快,同时存在少量晶界残留区域。400℃/2 h处理后可得到单相α-Mg固溶体,组织为细小多边形等轴晶。添加2%SiC后,激冷合金的晶粒细化效果提高,高温原子扩散距离缩短,有利于固溶过程进行。SiC的添加及组织的细化使得铜模喷铸镁合金显微硬度值提高28.75%,固溶处理后晶界相的消失导致合金硬度值下降。     

固溶工艺和纳米SiC添加对快冷AZ91镁合金组织及性能的影响

采用铜模喷铸快冷法制备了添加纳米SiC的AZ91镁合金试样,研究不同固溶工艺对其组织及性能的影响。结果表明:铜模激冷与纳米SiC的添加可共同促进快冷镁合金的凝固组织发生细化,形成细小均匀的粒状晶形貌。经320℃等温处理8 h后,快冷AZ91+2 mass%纳米SiC合金发生不完全固溶现象,晶界处存在大量β-Mg_(17)Al_(12)相,同时晶粒内部形成弥散分布的沉淀析出相。随固溶温度提高,原子扩散速率的增加有利于β相向α-Mg基体中溶入,经370℃/4 h等温热处理后固溶效果明显,非平衡凝固组织基本转变为多边形等轴晶形貌。当固溶温度进一步升高到400℃时快冷镁合金中可获得单相固溶体组织,同时纳米SiC的存在有效提高了细晶组织的热稳定性,快冷合金的平均晶粒尺寸仅为9μm,高温晶粒长大行为得到有效抑制。     

纳米SiC参与下亚快速凝固镁合金沉淀相析出行为

采用铜模喷铸与等温热处理相结合,研究了加入2%纳米SiC的AZ91合金的亚快速凝固及其时效析出行为,揭示了SiC对快冷镁合金中晶粒细化与沉淀相形成的影响。结果表明,采用铜模激冷和添加SiC可有效促进镁合金晶粒细化,降低溶质偏析,抑制晶界离异共晶β相。经200℃×2h时效,由于SiC提高了快冷合金中的位错密度和晶格畸变能,沉淀相以不连续颗粒状形式沿晶界析出,原始过饱和固溶体中溶质含量下降。当时效时间延长到16h,原子扩散充分,合金中出现不连续析出和连续析出共存模式,其中前者形成垂直于晶界分布的长条状沉淀相,后者在晶粒内部形成无方向性的颗粒或短棒状沉淀相,并导致合金基体硬度显著提高。     

热处理温度对含纳米Si C的快冷镁合金固溶组织影响

采用铜模喷铸与等温热处理相结合,制备出纳米SiC参与下快冷镁合金细晶组织,研究热处理温度对非平衡凝固镁合金固溶组织转变的影响及其高温晶粒长大行为。结果表明:提高冷速与添加纳米SiC可实现镁合金的复合细化,有利于形成细小花瓣状组织。经320、370和400℃等温处理2 h后,快冷AZ91+2%纳米SiC合金从不完全固溶向完全固溶发生转变,溶质偏析程度降低,同时,晶界β-Mg_(17)Al_(12)相不断消失,最终获得多边形等轴晶组织。由于纳米SiC对晶界迁移起到良好的抑制作用,亚稳细晶组织的高温晶粒长大行为得到有效控制,其中经400℃固溶8 h后的平均晶粒尺寸仅为13μm,快冷合金的热稳定性得到显著提高。     

非平衡凝固AZ91+0.75%Er镁合金及其热处理

采用铜模喷铸技术制备出AZ91+0.75%Er(质量分数)稀土镁合金非平衡凝固试棒,研究了低温时效及高温固溶对合金组织和显微硬度的影响规律。结果表明,稀土元素的添加及冷却速率的提高均有利于细化AZ91镁合金组织,其中后者影响效果更加明显。急冷条件下的溶质截留效应还可以消除铸态稀土镁合金中的Al-Er针状化合物相。非平衡凝固合金经200℃时效处理后,β相从过饱和固溶体中析出。时效16 h后,Mg-Er稀土化合物相以颗粒团聚状从基体中形成。420℃固溶处理时,非平衡凝固合金中β相发生溶解,晶粒形貌转变为多边形等轴晶组织,平均晶粒尺寸随固溶时间的延长而不断增加。非平衡凝固及后续时效处理可有效提高稀土镁合金的显微硬度,而固溶条件下合金硬度值有所降低。     

铜模内径对亚快速凝固K424合金析出相的影响

采用阶梯铜模喷铸制备了不同内径的亚快速凝固K424合金,采用时效处理研究了原始非平衡组织状态对快冷合金γ′析出相析出的影响。结果表明:铜模内径的降低可以减弱合金凝固过程中的溶质偏析程度,缩短相变时间,抑制共晶相及析出相形成,有利于获得高固溶组织。经700℃时效30 min处理后,Ф2合金由于形核驱动力高,临界形核半径小,相比Ф6合金优先析出γ′相。当时效温度提高到800℃,低内径铜模基体中可形成均匀分布的析出相,同时形核密度得到显著提高。随时效时间延长,γ′相先快速长大随后缓慢生长,其中Ф2合金由于γ′相过早析出导致其尺寸比相应的Ф6合金更大。析出相析出可以有效增加合金的显微硬度,经800℃时效180 min后Ф2合金硬度高达494 HV0.2,相比原始快冷合金提高13.8%。