不同冷速凝固的Mg-9Gd-0.8Al合金固溶行为及组织性能

为了探究Al元素在不同冷却速度下对Mg-9Gd合金组织细化效果及其对后续固溶处理的影响,利用铁模和铜模重力铸造制备了铸态Mg-9Gd-0.8Al合金,之后进行10～50 h的固溶处理。采用OM、SEM、TEM、EDS及XRD等方法研究了冷却速度对Mg-9Gd-0.8Al合金凝固和固溶行为及组织力学性能的影响。结果表明,铁模和铜模制备的铸态Mg-9Gd-0.8Al合金组织均由α-Mg基体、花瓣状(Mg, Al)₃Gd相、细条状Mg₅Gd相和方块状Al₂Gd相组成。铜模相比于铁模冷却速度加快,制备的合金基体晶粒和第二相显著细化,第二相体积分数总量增长幅度达56.1%。2种模具制备的合金固溶10 h后,Mg₅Gd相溶解、(Mg, Al)₃Gd相部分溶解、高熔点Al₂Gd相无变化,晶粒内析出层片状(Mg, Al)₂Gd新相,第二相总量趋于相等。固溶50 h后,(Mg, Al)₂Gd层片相回溶,残余(Mg, Al)     

不同冷速凝固的Mg-9Gd-0.8Al合金固溶行为及组织性能

为了探究Al元素在不同冷却速度下对Mg-9Gd合金组织细化效果及其对后续固溶处理的影响,利用铁模和铜模重力铸造制备了铸态Mg-9Gd-0.8Al合金,之后进行10~50 h的固溶处理。采用OM、SEM、TEM、EDS及XRD等方法研究了冷却速度对Mg-9Gd-0.8Al合金凝固和固溶行为及组织力学性能的影响。结果表明,铁模和铜模制备的铸态Mg-9Gd-0.8Al合金组织均由α-Mg基体、花瓣状(Mg, Al)₃Gd相、细条状Mg₅Gd相和方块状Al₂Gd相组成。铜模相比于铁模冷却速度加快,制备的合金基体晶粒和第二相显著细化,第二相体积分数总量增长幅度达56.1%。2种模具制备的合金固溶10 h后,Mg₅Gd相溶解、(Mg, Al)₃Gd相部分溶解、高熔点Al₂Gd相无变化,晶粒内析出层片状(Mg, Al)₂Gd新相,第二相总量趋于相等。固溶50 h后,(Mg, Al)₂Gd层片相回溶,残余(Mg, Al)₃Gd相发生熔断呈颗粒状,铜模制备的合金第二相颗粒比铁模的更细小。细晶强化和第二相强化使铜模制备的铸态合金性能较铁模制备的合金性能大幅提高,固溶10 h后合金屈服强度提升,伸长率基本不变。固溶处理50 h后,固溶强化、细晶强化和细小颗粒的第二相强化使铜模制备的固溶50 h态合金获得最优性能,屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为141 MPa、234 MPa和22.4%。     

高温固溶处理对Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金组织结构及力学性能的影响

通过光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和力学试验,研究了510℃下固溶处理20h所得Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金的组织结构及力学性能。结果表明,铸态Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金主要由树枝状α-Mg基体以及分布于枝晶间的(Mg,Zn)_3Gd共晶相组成;固溶处理后,合金相组成未发生变化,而(Mg,Zn)_3Gd相形貌由连续网状转变为不连续岛状,体积分数由19%下降为9%;固溶态合金中未观察到长周期堆垛有序结构的形成。拉伸条件下,固溶态Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金屈服强度比铸态略有下降,但抗拉强度和延伸率均有较大提高,其屈服强度、抗拉强度和延伸率依次为176 MPa、277 MPa和12.8%,表现出优良的综合力学性能;压缩条件下,铸态和固溶态Mg-15Gd-2Zn-0.6Zr合金的力学性能差异较小,且均优于拉伸条件下的力学性能。     

Mg-Gd-Zn系合金显微组织与相分析

为了研究Mg-Zn-Gd系合金中的相组成,采用热力学计算软件Pandat和Mg热力学数据库,外推计算了Mg-Gd-Zn系合金富镁角的水平截面图与垂直截面图,用Mg-6Gd-2Zn和Mg-6Gd-4Zn两种合金对该外推相图进行验证和修正,并在200℃下对该铸态合金保温480 h进行平衡处理,用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及差热分析(DSC)对该平衡处理后的合金的平衡相组成及凝固过程的相变温度点进行分析。通过计算相图可知Mg-Gd-Zn系合金富镁角的平衡组织为α-Mg,Mg5Gd,MgZn三种平衡相;通过XRD可知该系合金中主要有α-Mg,Mg5Gd,MgZn 3种平衡相;通过DSC可知,Mg-6Gd-2Zn与Mg-6Gd-4Zn合金的液相线、固相线及过饱和固溶体析出相的相变温度的实验测定值与计算值误差分别为1.92%,4.99%,3.68%和0.05%,3.67%,0.16%,说明计算相图得到的相与XRD,DSC实验结果测得的相相符,证明此数据库外延计算相图可以使用;通过SEM照片及EDS分析可知Mg-Zn-Gd合金晶界处有板块状的Mg5(Gd,Zn)化合物与颗粒状Mg(Gd,Zn)化合物;通过计算得到的Mg-Gd-Zn系平衡相图的平衡组织为α-Mg+Mg5Gd+MgZn,而修正后的平衡组织为α-Mg+Mg5(Gd,Zn)+Mg(Gd,Zn)。     

Mg-9Gd-2Y-Sm-0.5Zr合金组织和耐蚀性能研究

通过OM、SEM和XRD实验观察并研究了Mg-9Gd-2Y-Sm-0.5Zr(%质量分数)合金的微观组织和析出相,并采用腐蚀失重实验对合金的耐蚀性能进行了测试。结果表明,Mg-9Gd-2Y-Sm-0.5Zr合金微观组织主要由沿晶界分布的枝状共晶相和少量分布在晶内的小颗粒状相组成;析出相有α-Mg,Mg5Gd和Mg24Y5相。实验研究了该合金在不同浓度的NaCl溶液中的耐蚀性能,结果表明该合金腐蚀程度随着NaCl浓度的增加而增加,腐蚀产物以Mg(OH)2为主,腐蚀速率较低,耐蚀性能较好。     

Mg-6Al-1Zn-Y镁合金组织及力学性能的研究

在Mg-6Al-1Zn合金的基础上添加不同质量分数的Y（分别为0％，0．5％，0．9％，1．4％），制备了4种实验合金，研究了Y的添加对合金组织性能的影响。通过X射线衍射、金相显微镜、扫描电镜、电子探针等手段分析了Mg-6Al-1Zn合金添加Y后组织结构的变化。研究结果表明，添加了不同含量Y的合金中都出现了一种新相Al2Y相。随着Y含量的增加，Al2Y相数量增多而Mg17Al 12相则减少。Y能细化合金铸态及挤压态显微组织，其细化作用在添加了0．9％Y的镁合金中尤为明显。铸态合金室温拉伸试验表明：该合金具有最佳的综合力学性能。当Y含量添加至1．4％时，Al2Y相变得粗大且出现团聚现象而导致了拉伸性能的下降。经过挤压后，合金的力学性能大幅度上升。     

Mg-8Li-3Gd-3Y-0.6Al镁合金的均匀化研究

为了提高Mg-8Li-3Gd-3Y-0.6Al合金铸锭的力学性能,对合金进行了均匀化退火处理。通过金相显微镜、扫描电镜、显微硬度测试、X射线衍射、拉伸力学性能测试等手段,研究了均匀化条件对Mg-8Li-3Gd-3Y-0.6Al合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明,铸态合金经773K 8h的均匀化处理后,铸态时的网状相完全溶解到基体中,第二相弥散分布在基体中,同时退火态合金的抗拉强度达到了154 MPa,比铸态合金提高了23%。合金最佳的均匀化退火工艺是773K 8h,此时该合金具有较好的综合力学性能。     

Sn对铸态Mg-5Gd-3Y-0.5Zr合金组织和力学性能的影响

采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和电子拉伸试验机,研究了不同Sn含量对Mg-5Gd-3Y-0.5Zr合金显微组织、力学性能以及拉伸断口形貌的影响。结果表明,铸态Mg-5Gd-3Y-0.5Zr合金主要由基体α-Mg、Mg₅Gd和Mg₂₄Y₅相组成,Sn的添加能够细化合金组织,在合金中生成新相Sn₃Y₅,促进合金中第二相的析出。Mg-5Gd-3Y-0.5Zr-0.5Sn合金中第二相呈现出分布均匀的颗粒状,Mg-5Gd-3Y-0.5Zr-1.0Sn合金中部分区域出现了长条状第二相,Mg-5Gd-3Y-0.5Zr-1.5Sn合金中部分区域出现了方块状第二相。在本文研究范围内,随着Sn含量的增加,合金的抗拉强度、伸长率以及布氏硬度都呈现出先上升后下降的趋势。Sn含量为0.5%时,铸态合金综合性能最好,此时合金的抗拉强度、伸长率以及布氏硬度分别为177 MPa、6.87%和57.47 HBW,与无Sn合金相比分别提高了5.36%、12.25%和11.96%。     

Mg-4Nd-2Gd-0.5Zr合金的热处理工艺优化

通过光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和维氏硬度计等仪器观察和分析了不同热处理工艺对Mg-4Nd-2Gd-0.5Zr合金组织和性能的影响。结果表明,铸态Mg-4Nd-2Gd-0.5Zr合金的组织主要由α-Mg基体和第二相(Mg₁₂Nd相和Mg₅Gd相)组成,经过热处理后合金组织中的相没有发生改变。铸态合金中的第二相主要以沿晶界分布的不连续网状和在晶粒内部的颗粒状形式存在,经固溶处理大部分第二相融入基体,后经时效处理又重新析出,此时合金中的析出相细小且弥散分布。Mg-4Nd-2Gd-0.5Zr合金的最佳热处理工艺为525℃固溶8 h,然后在225℃时效8 h,此时,合金的硬度达到峰值,为42.9 HV。     

Mg-5Y-3Sm-0.8Ca-0.5Sb合金的组织和力学性能

采用组织分析和拉伸试验,研究了Mg-5Y-3Sm-0.8Ca-0.5Sb(%,质量分数)合金的显微组织和力学性能。结果表明,铸态Mg-5Y-3Sm-0.8Ca-0.5Sb合金的显微组织由α-Mg基体和Mg24Y5、Mg41Sm5、Mg2Ca、Mg3Sb2相组成。时效态Mg-5Y-3Sm-0.8Ca-0.5Sb合金具有良好的室温及高温力学性能,在室温下的抗拉强度为266 MPa,200℃时为244 MPa,300℃时仍高达208 MPa,其抗拉强度稳定性优于发展最为成功的商用耐热镁合金WE43。     

Mg-Zn-Gd合金的微观组织和力学性能

利用等离子体发射光谱仪(ICP)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等分析手段研究了Mg-x Zn-y Gd(x=1~3,y=1~3)合金铸造态、挤压态的化学成分和微观组织演变,并测试其室温拉伸力学性能。研究结果表明:随着Gd含量的增加,铸态组织显著细化,枝状晶间距减小,其组分相Mg-Zn-Gd三元相面积分数逐渐增多,Mg Zn2相逐渐减少直至消失,第二相从晶界处呈连续网状分布转变成晶界断续和晶内均匀分布。挤压态组织得到细化,挤压过程发生了明显的动态再结晶,平均晶粒尺寸从Mg-3Zn合金的30μm降到Mg-2Zn-1Gd合金的10μm。第二相沿挤压方向趋于带状分布,部分弥散分布于晶内,成棒状或块状的Mg Zn Gd三元相,尺寸约为1~3μm。挤压态Mg-x Zn-y Gd合金的抗拉强度σ_b从Mg-3Zn的260 MPa提高到300 MPa,延伸率δ从13%提高到25%,屈服强度变化不大,σ_b和δ提高幅度分别为15.4%,92%。挤压态的显微硬度由Mg-3Zn的HV 52.1提高到Mg-3Zn-2Gd的HV 70.4,挤压态Mg-x Zn-y Gd合金室温拉伸断口呈现典型的韧性断裂特征,应力在第二相粒子处集中。     

热处理对Mg-7Gd-2.5Nd-0.5Zr合金组织和力学性能的影响

通过金相显微镜、扫描电镜、透射电镜以及万能拉力试验机等,研究了Mg-7Gd-2.5Nd-0.5Zr(%,质量分数,下同)合金在固溶+人工时效情况下,显微组织和力学性能的变化。结果表明,铸态合金组织由α-Mg基体和粗大共晶相(α-Mg+Mg_5Gd+Mg_(12)Nd)组成,热处理后,合金组织中的颗粒方块相显著增多且长大,沿着晶界分布;合金组织析出的纳米尺寸颗粒方块相可有效强化合金性能。时效态合金的β'相形态类似纺锤形,彼此相互连接,夹角为120°,且有周期性。不同状态合金的室温抗拉强度分别为:铸态177.9 MPa、固溶态191.4 MPa和时效态247.1 MPa。     

多元微合金化对Mg-14Li-Al合金组织及力学性能的影响

采用球磨法制备Mg-4Y-2Nd-1Gd-0.4Zr合金颗粒,将其作为多元微合金化材料,通过搅拌铸造法制备Mg-14Li-Al-xRE (Y, Nd, Gd, Zr)合金。采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、 X射线衍射仪(XRD)及电子万能试验机等,研究了RE (Y, Nd, Gd, Zr)添加量对Mg-14Li-Al合金的显微组织、力学性能及时效行为的影响。结果表明,与基体合金Mg-14Li-Al相比,多元微合金化后在合金中形成了大量针状、块状的Al_2Y相和少量棒状的Al_3Nd相,很少出现富Gd的第二相, AlLi软化相减少;随着RE含量的增加,晶界处的Al-RE相数量密度逐渐增加,晶粒得到显著细化,添加1.6%RE(质量分数)时铸态合金平均晶粒尺寸达到最小,细化率约76.6%,挤压变形后合金的晶粒得到进一步细化,达到10μm左右;随着RE含量的增加,力学性能明显提升,添加0.8%RE时,铸态合金的抗拉强度相对于Mg-14Li-Al基体提高了57%,继续增加RE含量,强度基本保持稳定,挤压变形后合金的强度和塑形得到进一步提高;室温条件下,多元微合金化后形成的Al-RE相对Mg-14Li-Al基体时效行为产生了明显的影响,合金在各个时期的硬度均显著上升,过时效软化程度有所降低。     

退火温度对(La,Y)-Mg-Ni-Al合金气态吸放氢性能影响

为了探究La0.62Y0.2Mg0.18Ni3.30Al0.20合金具有良好气态吸放氢性能的适宜退火温度,采用XRD、OM分析了铸态及退火合金的相结构及金相组织,用SEM观察了吸放氢前后合金颗粒的表面形貌,用压力-组成-温度(PCT)仪测试了合金的PCT特性以及吸放氢动力学性能。结果表明,900℃退火合金含有LaNi5和(La,Y,Mg)2(Ni,Al)7主相以及Ni3Y残余相。随着退火温度升高,主相不变,但Ni3Y转变成Y2Ni7相;主相晶胞体积先增大后减小,在41~43°衍射角度内,半高宽先减小后增大。与铸态及其他温度退火合金相比,950℃退火合金的组织均匀性较好,吸放氢量、平均吸放氢速率较高,吸放氢的氢压和滞后系数较小。综合比较,实验范围内,合金的适宜退火温度为950℃。     

Mg-9.0Y-3.0MM-0.6Zr合金均匀化热处理研究

通过OM,SEM及拉伸性能测试,研究了Mg-9.0Y-3.0MM-0.6Zr铸态合金均匀化温度与时间对显微组织的影响,确定该合金合适的均匀化工艺。结果表明:Mg-9.0Y-3.0MM-0.6Zr铸态合金显微组织主要由α-Mg基体相、Mg12(MM)相以及Mg24Y5相组成,晶粒度约为45μm;505,520℃均匀化温度较低,Mg-Y相分解不够完全;经535℃保温18 h均匀化处理后,仅在晶界处残留Mg12(MM)相,延长时间晶粒尺寸没有变化,可见Mg12(MM)相可有效抑制合金晶粒长大;535℃×18 h均匀化处理后合金的力学性能较铸态合金没有明显改变,均匀化态的合金经挤压后,力学性能大幅度提升,σ0.2,σb,δ分别为245,305 MPa和12.5%。均匀化处理后合金断口形貌与铸态合金相似,仅在局部存在少量的韧窝,室温下断裂方式为脆性断裂;挤压后的合金断口形貌呈典型的韧性断裂特征。     

Y对原位Mg2Si/Al基复合材料初生相Mg2Si的细化机制

选用稀土Y和采用普通重力铸造法制备原位自生Mg2Si/Al基复合材料,研究不同含量的稀土Y对初生相Mg2Si形貌、尺寸和力学性能的改变.结果表明:稀土Y对Mg2Si/Al复合材料的凝固组织有影响;添加Y处理的Mg2Si/Al基复合材料的Mg2Si颗粒变得更加细小;通过计算二维错配度,发现Y可以作为初生相Mg2Si的异质形核质点从而细化颗粒,同时Y与Al相互作用形成Al3Y相可阻止Mg2Si相长大;此时铸态Mg2Si/Al合金复合材料的力学性能得到改善,其最大抗拉强度和延伸率分别为144 MPa和4.19％.     

RE/Zn比值对Mg-9Gd-2Nd-xZn-1Zr合金组织和力学性能的影响

设计Mg-9Gd-2Nd-xZn-1Zr合金(x=0, 1.1%, 1.6%, 2.3%, 4.6%,质量分数),对应的RE/Zn原子比分别为：不含Zn、1∶1、2∶1、3∶1和4∶1,通过改变RE/Zn比值来调控固溶态Mg-9Gd-2Nd-xZn-1Zr合金中LPSO相和共晶相的体积分数,探明固溶处理过程中层片状的LPSO相的调控及形成机理,改善合金的综合力学性能。通过OM、SEM、TEM以及室温拉伸实验,研究不同RE/Zn比值对铸造Mg-9Gd-2Nd-xZn-1Zr合金组织和力学性能的影响。结果表明,在未加Zn时,铸态合金组织由α-Mg、Mg₅RE和富稀土相组成,随着Zn的加入Mg₅RE相转化为(MgZn)₃RE相,且第二相的体积分数显著提高。对铸态合金固溶处理后,不含Zn的合金第二相完全溶于基体,而随着Zn含量增加,晶界处残余的共晶相逐渐增加,并在晶粒内形成层片状的LPSO结构相,当RE/Zn原子比为3∶1时,合金室温屈服强度、抗拉强度和伸长率分别122 MPa、228 MPa和14.0%,此时具有最佳的综合力学...     

EW75镁合金高温扩散动力学研究

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(XRD),观察EW75合金大型铸锭原始态及高温热处理之后的组织及成分分布,以进行稀土元素在EW75合金中高温扩散动力学的研究。结果表明:EW75铸态合金中存在较为严重的局部偏析,大量非平衡凝固共晶组织在晶界处富集,Gd,Y,Nd在合金中的分布很不均匀,铸态组织呈大块的骨骼状,由α-Mg基体、Mg24Y5、Mg5Gd和Mg41Nd5非平衡凝固相组成,铸态合金晶粒尺寸约为100μm;在505及520℃保温24 h之后依然有较多未溶相残留在晶界上,由于温度稍微偏低,共晶组织未能完全溶解并分散到基体中;经过535℃,20 h高温热处理之后,共晶组织基本分解完全,稀土元素较为均匀地分布在基体中,晶粒长大非常明显;采用(EDS)分析测得各合金元素在EW75中的浓度分布,发现合金元素在EW75中成一定的规律分布,通过动力学方程计算得出了Y,Gd,Nd元素在不同温度下的lnδ-t关系曲线并进行线性拟合,最终得出Gd,Y,Nd在不同温度下的扩散系数。     

Ca和Sr对铸态Mg-Sn-Si合金组织和性能的影响

用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)研究了铸态Mg-Sn-Si-Ca-Sr合金的相组成和显微组织,用力学性能试验机测定了合金的拉伸性能.结果表明,Mg-5Sn-xSi-0.5Ca-0.5Sr(x=1,2)合金由α-Mg、Mg2Sn、Mg2Si和CaMgSn相所组成,Mg2Si相含量随Si元素的增加而增加.对于Mg-5Sn-1Si-yCa-0.5Sr(y=0.5,2)合金,Ca的质量分数提高到2%后会促进Mg2Ca相和CaMgSn相形成,但同时抑制了Mg2Sn、Mg2Si相的析出,从而导致合金性能下降.对于Mg-5Sn-2Si-0.5Ca-ySr(y=0.5,2)合金,当Sr的质量分数由0.5%提高到2%时,Mg2Si和Mg2Sn相均得到显著细化,并促进了基体内MgSn(Sr,Ca)相形成,从而提高了合金的抗拉强度与屈服强度.     

铒对Al-4.5Mg-0.7Mn合金组织与性能的影响

采用拉伸性能测试、金相组织观察、扫描电镜与能谱分析以及X射线衍射等方法，研究了单独添加微量Er和Er，Zr复合添加对Al-4．5Mg-0．7Mn合金组织与性能的影响。结果表明，Er能够明显细化该合金的晶粒（枝晶网胞），改善合金铸态组织。微量Er和Zr元素的同时加入，使得Al-4．5Mg-0．7Mn合金的抗拉强度钆和屈服强度σ0．2均有所提高，而对合金的伸长率几乎没有影响。微量Er元素除部分固溶于Al基体外，大部分与Al形成具有L12型结构的Al3Er相，这种细小的Al3Er颗粒与Al基体共格，对合金起强化作用。