准晶Ⅰ-相增强Mg-Zn-Y-Zr合金组织与力学性能研究

采用普通凝固制备了准晶Ⅰ-相增强的Mg-Zn-Y-Zr合金。保持Zn/Y(at%)不变,通过Zn、Y含量变化研究准晶Ⅰ-相对合金铸态组织和力学性能的影响。结果表明,铸态合金由枝晶状α-Mg和枝晶间分布的Ⅰ-相以及层片状的α-Mg/I-phase共晶组织组成。随着Zn、Y含量的增加,合金中的准晶Ⅰ-相以及层片状α-Mg/I-phase共晶组织逐渐增多,但合金的晶粒尺寸明显减小;铸态合金的硬度和抗拉强度随Zn、Y含量的增加而增加,拉强度达到216 MPa,伸长率随Zn、Y含量的增加呈现出先上升后下降的趋势,拉伸断口为准解理断裂。     

Y对常规凝固Mg-Zn-Y合金组织和性能的影响

采用常规凝固技术制备了Mg-45Zn-xY(x=1.0,4.0,5.5,8.0,质量分数,%)合金。利用SEM、EDS、OM、TEM、XRD、DSC和硬度测试技术研究了Y对Mg-45Zn-xY系合金组织及性能的影响,同时对准晶相(I-phase)的形成机制进行了分析。结果表明:合金组织主要由α-Mg颗粒或枝晶、花瓣状的Mg3Zn6Y准晶相、层片状的(I-phase+α-Mg)共晶组织以及Mg7Zn3相组成;准晶相形貌、含量及分布与Y含量密切相关,随着Y含量的增加,花瓣状准晶相含量逐渐增加,当Y含量为5.5%时,花瓣状准晶相含量最多,合金的硬度达到最大值,HB为1557 MPa,当Y含量为8.0%时,合金中的花瓣状准晶相消失;准晶以层片状共晶组织和花瓣状形式存在,花瓣状的特殊形貌是正二十面体沿五次轴方向生长的结果。     

铸造工艺对Mg-12Zn-1Y合金组织与力学性能的影响

特定Zn、Y含量的Mg-Zn-Y合金能原位形成二十面体准晶增强I相(I-Mg₃Zn₆Y),但常规铸造凝固条件下形成的准晶组织粗大,难以发挥其性能优势。研究了重力铸造、挤压铸造及流变挤压铸造工艺制备的Mg-12Zn-1Y合金的组织和力学性能。结果表明,在重力铸造的合金组织中,大量粗大的I相和Mg₇Zn₃相聚集在一起。挤压铸造使I相转变为细小的层片状,且Mg₇Zn₃含量降低。对于流变挤压铸造的合金,随着制浆过程中超声功率增大,α-Mg晶粒得到较大程度的细化和球化,共晶组织间距明显减小,而随着超声功率持续增加到2 400 W时,共晶组织出现一定程度富集。当超声功率为1 600 W时,合金的力学性能最优,屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为185 MPa、276 MPa和6.8%,相较于挤压铸造分别提高了35.0%、24.9%和142.9%。     

挤压Mg-6xZn-xY合金微观组织与力学性能

定量研究了大挤压比(81:1)条件下Mg-6xZn-xY合金的微观组织和力学性能。结果表明:随着Zn、Y含量的增加,准晶相含量逐渐增加,α-Mg基体平均晶粒尺寸先减小后增大,Mg-6Zn-1Y合金中的α-Mg平均晶粒尺寸最小为2.9μm,且尺寸分布最均匀,其标准差也达到最小,为0.77μm。随着Zn、Y含量的增加,Mg-Zn-Y合金的屈服强度和抗拉强度逐渐增大,延伸率逐渐降低。相比于α-Mg基体晶粒细化,细小准晶相含量的增加对提高Mg-6xZn-xY合金强度的作用更明显。     

不同凝固条件下Mg_(95.81)Zn_(3.60)Y_(0.59)合金凝固过程及凝固组织

采用Factsage热化学软件计算了平衡条件和Scheil条件下实验合金的凝固路径及相组成。在与之对比基础上研究了常规铸造(金属型)和4 GPa高压下凝固的实验合金凝固过程和相组成。结果表明:金属型铸造下,四相包共晶转变和随后的WMg_3Y_2Zn_3相分解不充分,室温下凝固组织由α-Mg基体,W-Mg_3Y_2Zn_3和I-Mg_3YZn_6相组成。4 GPa高压下凝固时,因液相线温度升高及单位面积α-Mg晶体形核率大幅增多,使α-Mg相所占体积分数增多,分布在枝晶间最后凝固的共晶液相发生偏析型离异共晶转变,生成面积尺寸很小的骨骼状共晶相半连续分布在枝晶间。4 GPa高压下凝固时,当熔体过热度很小时,初生晶α-Mg为规则的、分枝不发达的等轴晶(晶粒尺寸为20μm);随熔体过热度升高,不但晶粒尺寸增大,枝晶分叉、二次枝晶重熔、破碎等现象也逐渐显现;4 GPa高压下凝固组织由α-Mg+I-Mg_3YZn_6相组成。     

压力对挤压铸造Mg-Zn-Y准晶增强AZ91D镁基复合材料显微组织和力学性能的影响(英文)

采用挤压铸造工艺制备Mg-Zn-Y准晶增强AZ91D镁基复合材料,研究挤压压力对此复合材料显微组织和力学性能的影响。研究结果表明:挤压铸造工艺是细化晶粒的有效方法,复合材料由α-Mg基体、β-Mg17Al12相以及二十面体Mg3Zn6Y准晶相(I相)组成,且随着挤压压力的增大,β-Mg17Al12相以及Mg3Zn6Y准晶颗粒含量增加,基体晶粒进一步细化,α-Mg树枝晶向等轴晶转变;当挤压压力为100 MPa时,极限抗拉强度和断后伸长率达到最大值,分别为194.3 MPa和9.2%,拉伸断口出现大量韧窝;准晶增强AZ91D镁基复合材料的强化机制主要为细晶强化和准晶颗粒强化。     

普通凝固Mg-Zn-Y合金中的准晶相

采用普通凝固技术制备了镁合金稳定态准晶相.通过光学显微镜、X射线衍射、扫描和透射电子显微分析,确定了准晶的组织、相成分及结构.实验结果发现:Mg-Zn-Y三元合金在室温冷却过程中,准晶相直接从液相形核、长大;当合金成分为Mg74Zn25Y1时,凝固组织为MgZn基体相、析出相为α-Mg固溶体及二十面体Mg30Zn60Y10准晶相;当x(Y)为2%、3%时,合金中出现共析组织.     

含二十面体准晶相的铸态Mg-Zn-Y合金阻尼性能的研究（英文）

采用传统铸造方法制备Mg-Zn-Y合金,基于典型的含二十面体准晶相的Mg93Zn6Y1合金,研究了铸态Mg-Zn-Y合金的枝晶形貌与其阻尼性能的关系。通过控制浇注温度、搅拌速度和搅拌时间,获得不同参数下的合金的枝晶形貌。结果表明,铸态Mg93Zn6Y1的显微组织主要由α-Mg树枝状晶体和二十面体准晶相组成。搅拌后,初始α-Mg树枝状晶体逐渐具有分形特征,且其尺寸变化,从而影响合金的阻尼能力。     

Mg70Zn28Y2合金凝固过程、凝固组织及包晶反应初生相研究

采用XRD，SEM，EDX，TEM，DTA等试验分析手段及快淬方法对MgToZn28Y2准晶合金凝固过程、凝固组织以及对和准晶形成相关的包晶反应初生相进行了研究。Mg70Zn28Y2合金铸态组织由α-Mg枝晶，Mg7Zn3基体相和二十面体准晶相组成。在铸态Mg-Zn-Y合金中观察到了完美的呈5次旋转对称性的平衡态准晶晶体外形。Mg70Zn28Y2合金凝固过程中准晶由包晶反应生成。差热分析显示包晶反应初生相在563℃形成，准晶形成的温度为416℃。能谱分析结果显示包晶反应初生相的成分为Mg22.94Zn55.73Y21.33。通过快淬方法保留的包晶反应初生相呈现粗大枝晶状。然而，通过背散射图片中所观察到准晶中的残留包晶初生相尺寸较小。     

含二十面体准晶相的铸态Mg-Zn-Y合金阻尼性能的研究

采用传统铸造方法制备Mg-Zn-Y合金,基于典型的含二十面体准晶相的Mg93Zn6Y1合金,研究了铸态Mg-Zn-Y合金的枝晶形貌与其阻尼性能的关系。通过控制浇注温度,搅拌速度和搅拌时间,获得不同参数下的合金的枝晶形貌。结果表明,铸态Mg93Zn6Y1的显微组织主要由α-Mg树枝状晶体和二十面体准晶相组成。搅拌后,初始α-Mg树枝状晶体逐渐具有分形特征,且其尺寸变化,从而影响合金的阻尼能力。本文详细讨论了这一机制。     

Comparative Study on Corrosion Behavior and Mechanism of As-Cast Mg-Zn-Y and Mg-Zn-Gd Alloys

Rare earth (RE) elements have large solid solubility in magnesium and are widely used to regulate the microstructure and property of advanced magnesium alloys. However, different kinds of RE elements have different effects on microstructure and property of the alloy. In this study, a Mg-Zn-Y alloy and a Mg-Zn-Gd alloy with alloying elements of the same atomic percentage were designed to clarify the effect of yttrium (Y) and gadolinium (Gd) on the corrosion behavior of as-cast MgZn₂Y_2.66 and MgZn₂Gd_2.66 alloys. The results show that the MgZn₂Y_2.66 alloy is mainly composed of α-Mg phase and long period stacking ordered (LPSO) phase, while MgZn₂Gd_2.66 alloy is mainly composed of α-Mg phase and (Mg, Gd)₃Zn phase (W phase). Generally speaking, the corrosion phenomena of the two alloys in 3.5 wt% NaCl solution are similar. In the early stages of exposure, the alloys underwent uniform corrosion at a relatively low corrosion rate. With prolonged exposure, localized corrosion became dominated and the corrosion rate was greatly increased. However, the corrosion rate of the MgZn₂Y_2.66 alloy, in terms of the corrosion current density, is about one order of magnitude lower than that of the MgZn₂Gd_2.66 alloy. The high corrosion resistance of the MgZn₂Y_2.66 alloy is mainly attributed to the presence of LPSO phase in form of continuous networks and the relatively high corrosion resistance of the corrosion product layer on the alloy.     

钆对Mg-8Li-4Zn-xGd合金铸态组织与力学性能的影响

采用锂盐熔剂保护熔铸Mg-8Li-4Zn-xGd(x=1,3,5)合金铸锭,研究钆含量对铸态合金组织和力学性能的影响。结果表明:Mg-8Li-4Zn-xGd合金基体由α-Mg(HCP)和β-Li(BCC)双相构成。随着钆含量的增加,Mg5Gd共晶相和Zn12Gd化合物相逐渐连成网状,将基体α+β双相隔离成20~40μm的等轴状或类似于铸铁中的共晶团状,可有效细化α-Mg相和连续的β-Li相;组织中大颗粒Mg2Zn11相弥散分布在β-Li相内,Mg51Zn20相分布在α-Mg晶界处;锌元素还可以在β-Li相中析出细小弥散分布的MgZn相,其数量随钆含量的增加而增加,可直接弥散强化β-Li相。此外,锌和钆对合金硬度的影响较大,随着钆含量的增加,合金的抗拉强度提高,但伸长率降低。     

Mg含量对Al-Zn-Mg铝合金组织及性能的影响

通过改变镁的含量,设计了4种不同成分的Al-6.0Zn-xMg合金。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、差式扫描量热分析仪(DSC)、硬度、导电率以及室温拉伸等分析测试方法,研究了Mg含量对Al-Zn-Mg合金铸态、均匀化态组织性能及T6态力学性能的影响。结果表明:4种铸态合金组织晶界附近存在大量共晶网状结构与链状第二相,主要为α(Al)+三元T(AlZnMg)相,合金中还存在少量的Al₃(Zr,Ti)相和富铁相,提高Mg含量会使合金组织中的非平衡共晶相增加。合金均匀化处理后空冷,基体内有大量细小弥散的针状η(MgZn₂)相析出,且随着Mg含量的提高,这种针状η(MgZn₂)相的析出数量也逐渐增多。随着Mg含量增加,硬度逐渐增加,导电率逐渐下降,且均匀化态合金的硬度及导电率比铸态的高。4种T6态合金中Al-6.0Zn-2Mg合金的综合力学性能最佳。     

Zn含量对铸态Mg-2Er合金的微观结构及力学性能影响

采用XRD和SEM等微观表征技术研究不同Zn添加量对Mg-2Er合金微观组织和力学性能的影响。结果表明：当Zn添加量为1%和2%时,合金主要相组成为W相和α-Mg;当Zn添加量为4%-10%时,合金中则有I相析出,合金相成分变为W相、I相和α-Mg;当Zn添加量增加至12%时,W相消失,合金中主要第二相则为I相和Mg4Zn7相。当Zn添加量为6%时,合金具有较好的拉伸力学性能,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为224 MPa、134 MPa和10.4%。     

Mg-(11-13)Gd-1Zn变形镁合金的组织和力学性能

制备了3种成分的Mg-Gd-Zn三元合金,并对其显微组织和力学性能进行了较系统的研究.结果表明,Mg-（11-13）Gd-1Zn（质量分数,%）三元合金的铸态组织由α-Mg,（Mg,Zn）₃Gd和具有14H结构的长周期堆垛有序相（14H-LPSO）组成;（Mg,Zn）₃Gd呈现典型的网状共晶形貌,其体积分数随Gd含量的增加而增大.热挤压过程中（Mg,Zn）₃Gd相破碎,其颗粒沿挤压方向排列,而14H-LPSO相则分布于条状分布的（Mg,Zn）₃Gd颗粒之间.铸态和挤压态合金在高温固溶处理后,14H-LPSO相的体积分数增加,大部分（Mg,Zn）₃Gd相溶入基体.挤压态合金经固溶和时效（T6）处理后,显微组织中14H-LPSO相的体积分数大幅度增加,而且出现了β′和β₁沉淀颗粒.对挤压后的合金直接进行时效处理（T5）过程中也形成了β′和β₁沉淀,但14H-LPSO相没有显著增加.3种合金中Mg-11Gd-1Zn合金在T6态的性能最好,抗拉强度高达416 MPa.     

Effect of hot extrusion on microstructure and mechanical properties of quasicrystal-reinforced Mg-Zn-Y alloy

The microstructure and mechanical properties of as-cast and as-extruded Mg-Zn-Y alloy （Mg-11 %Zn- 0.9%Y, mass fraction） containing Mg3 YZn6 quasicrystal were studied. The eutectic icosahedral quasicrystal phase （I-phase） is broken and almost distributes along the extrusion direction, and fine I-phase with nano-size is precipitated during the extrusion. The a-Mg matrix grains are refined due to recrystallization occuring during the hot extrusion. Some {1012} twins are observed in the extruded ZW1101 alloy. And {0002}（1010） fiber texture is formed in matrix alloys after hot extrusion. The extruded alloy exhibits high strength in combination with large elongation at room temperature. The strengthening mechanism of the as-extruded alloy was discussed.     

金属型铸造Mg-Zn-Sn合金的非平衡组织及力学性能

采用金属型铸造了Zn、Sn不同质量分数但总量为10%的Mg-xZn-(10-x)Sn合金,研究了其铸态组织特别是非平衡共晶组织及合金的力学性能。结果表明,Mg-Zn-Sn合金铸态组织为α-Mg、MgZn及(或)Mg2Sn相组成。Mg-9Zn-Sn和Mg-Zn-9Sn合金均产生了层片状共晶相,Mg-5Zn-5Sn合金中的共晶β相(MgZn和Mg2Sn)呈小块状均匀分布在晶界上,且基本上均为离异型共晶。采用夏尔公式计算出合金的非平衡共晶体积分数,Mg-9Zn-Sn合金中的共晶分数最高达14%,共晶组织几乎都呈现片状结构。力学性能试验结果表明,Mg-5Zn-5Sn合金具有最好的综合力学性能。此外,根据Zn、Sn原子在Mg中的固溶量的测试结果,进一步分析了合金的强韧性。     

添加Ca和Sr元素对ZK61镁合金组织与性能的影响

利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、Vickers硬度计及拉伸试验机等观察并研究了添加Ca和Sr元素及热处理工艺对ZK61镁合金组织和力学性能的影响。结果表明:单独添加Ca元素时,在ZK61-xCa合金α-Mg基体上析出了形状不规则的MgZn和MgZn2相;复合添加Ca、Sr元素时,在α-Mg基体上形成了沿晶界分布的Mg17Sr2新相。当固溶温度和时间为350℃×12 h,时效温度和时间为200℃×12 h时,合金的组织与性能达到最优。当元素Ca=1.0%,Sr=0.5%时,热处理后合金的性能最优,其抗拉强度为141.9 MPa,伸长率为15.6%,维氏硬度为51.6 HV。     

Zn对Mg-10Gd-2Y-0.5Zr镁合金组织和性能的影响

通过在Mg-10Gd-2Y-0.5Zr合金中添加Zn,采用SEM、XRD及万能拉伸试验机,研究了Zn添加对其铸态组织和力学性能的影响。结果表明,Mg-10Gd-2Y-0.5Zr合金的铸态组织主要由α-Mg、Mg₅(Gd,Y)和Mg₂₄(Y,Gd)5相组成,而添加质量分数为0.5%~1.5%的Zn后,合金的铸态组织主要由α-Mg、Mg₅(Gd,Y,Zn)、Mg₂₄(Y,Gd,Zn)₅及Mg₁₂(Gd,Y)Zn相组成。添加0.5%的Zn后,合金的室温力学性能明显提高,当Zn含量高于1.0%后,镁合金的室温力学性能开始逐步降低。当Zn含量为0.5%时,合金具有较佳的综合力学性能,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为197 MPa、160 MPa和4.37%。Zn对Mg-10Gd-2Y-0.5Zr合金铸态力学性能的影响与其铸态组织中Mg₅(Gd,Y,Zn)、Mg₂₄(Y,Gd,Zn)₅和Mg₁₂(Gd,Y)Zn第二相及其数量有关。     

Microstructure and mechanical properties of ZA62 based magnesium alloys with calcium addition

As-cast microstructure and mechanical properties of Mg-6Zn-2Al-0.3Mn (ZA62) alloys with calcium addition were investigated.The as-cast microstructure of the base alloy ZA62 consists of the α-Mg matrix and eutectic phase Mg51Zn20.The Mg51Zn20 eutectic was gradually replaced by MgZn phase and Mg32(Al,Zn)49 phase when calcium is added into the base alloy.Further addition of calcium leads to the increase of grain boundary phases and formation of a new quaternary Mg-Zn-Al-Ca eutectic compound.In comparison with the base alloy,the increase of calcium addition to the base alloy results in the reduction of both strength and ductility at ambient temperature,but increase at elevated temperatures due to the thermal stability of Ca-containing phases.At elevated temperatures,the creep resistance of ZA62 based alloys containing calcium is significantly higher than that of AZ91 which is the most commonly used magnesium alloy.