ECAP变形对Mg2Si增强耐热镁合金组织及性能的影响

为了提高镁合金的耐热性能,在Mg-Zn合金中加入Si,形成Mg-Zn-Si镁合金.采用ECAP工艺在变形温度为573 K和挤压路径为Bc条件下对Mg-Zn-Si镁合金进行不同道次的变形.运用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对变形后的Mg-Zn-Si镁合金进行了组织表征,对变形后的合金进行了室温拉伸和高温蠕变等力学性能测试.结果表明:随着挤压道次增加,α-Mg基体、Mg Zn相及Mg2Si相均得到细化且分布趋于均匀.1道次挤压后部分基体α-Mg细化,4道次挤压后α-Mg的尺寸减小为5~10μm,且晶粒大小趋于均匀;2道次挤压后Mg2Si相枝晶在原位置破碎为颗粒状,6、8道次挤压后Mg_2Si相呈弥散分布.4道次挤压后合金的屈服强度和抗拉强度均提高120%,伸长率提高353%;8道次挤压后合金的抗拉强度和伸长率与4道次相比变化不大,但屈服强度进一步提高了19%.随着挤压道次增加,高温抗蠕变性能提高,8道次后高温稳态蠕变速率降低5倍.Mg2Si相细化机理为受剪切而机械碎断.     

铸态AZ81镁合金ECAP态组织与性能研究

采用自制的90°模具,经Bc路径在温度为300℃下研究对比了铸态及不同道次的等通道挤压(ECAP)态AZ81镁合金微观组织和力学性能.结果表明ECAP随着挤压道次的增加,AZ81镁合金显微组织和力学性能发生显著变化.当挤压到4道次,平均晶粒尺寸由原来铸态的145um细化为9.6um,拉伸断口韧窝明显增多;抗拉强度从180 MPa提高到306 MPa,延伸率和硬度分别达到15.8%和142HL.分析表明,AZ81镁合金在高温挤压过程中Mg17Al12相粒子被破碎,并部分溶入基体,$-Mg基体与%-Mg17Al12相互相阻碍其晶粒长大,获得细小晶粒组织.     

等径角挤压对AZ31镁合金组织及力学性能的影响

研究了电磁连铸AZ31镁合金沿A路径经常规等径角挤压(ECAE)和两步ECAE变形后的微观组织与力学性能.结果表明:与预挤压态相比,常规ECAE态合金随着挤压道次的增加,晶粒不断细化,伸长率不断提高,但屈服强度与抗拉强度逐渐降低;两步ECAE可以使晶粒进一步细化,伸长率、屈服强度与抗拉强度均提高.伸长率、屈服强度与抗拉...     

中低温挤压Mg-1.5Zn-0.2Ca合金组织与性能研究

晶粒细化可以有效改善镁合金的力学性能.基于此,以Mg-1.5Zn-0.2Ca合金作为研究对象,通过中低温挤压变形工艺对Mg-1.5Zn-0.2Ca合金组织进行调控,进而对其变形后的组织及性能进行分析.结果表明:随着挤压温度降低,Mg-1.5Zn-0.2Ca合金的塑性变形机制发生转变,变形后的晶粒尺寸逐渐减小,综合力学性能增强.280℃挤压变形时,合金以基面滑移及孪生协调变形为主,动态再结晶后的平均晶粒尺寸约为5.3μm,此时合金的屈服强度为95 MPa,抗拉强度为186 MPa,延伸率为22％.     

Mn对Mg-4Zn变形镁合金组织与性能的影响

目的 研究Mn对Mg-4Zn合金再结晶组织演变和力学性能的影响,发展高性能Mg-Zn-Mn变形镁合金。方法 以Mg-Zn镁合金为研究对象,利用Mn元素的固溶强化增塑、刺激再结晶形核和钉扎再结晶晶界的特点,通过Mg-Zn-Mn挤压镁合金的显微组织以及室温力拉伸和压缩力学性能测试,分析挤压过程中显微组织的演变和成分对力学性能的影响。结果 Mg-4Zn-2Mn合金平均晶粒尺寸为~7 μm,其拉伸屈服强度、抗拉强度、伸长率、压缩屈服强度和拉压不对称性分别为226 MPa,316 MPa,17%,171 MPa,0.75。结论 合金化元素Mn可有效细化变形镁合金的再结晶组织,随Mn元素含量的增加,Mg-Zn合金再结晶组织不断细化,未再结晶区域增加,合金力学性能增加,拉压不对称性改善。     

往复挤压高韧Mg-Zn-Y合金

将铸态Mg92.5Zn6.4Y1.1镁合金往复挤压2,4,8,12不同道次,然后分别正挤压制成φ12mm的棒材.采用OM,XRD及DTA研究了往复挤压不同道次镁合金的组织和力学性能.研究表明,铸态Mg92.5Zn6.4Y1.1镁合金往复挤压后,组织得到显著细化,力学性能得到大幅度提高,获得了高强韧镁合金.2道次后,晶粒约5μm,拉伸强度超过300MPa,伸长率高达20%.继续增加往复挤压道次,晶粒细化和拉伸性能提高均不明显,当往复挤压12道次时,拉伸强度明显降低,而伸长率达到23%.Mg92.5Zn6.4Y1.1镁合金的伸长率大幅度提高归因于在往复挤压过程中,铸态组织中的缩松、缩孔等缺陷闭合和成分偏析非均匀相的分布均匀化,以及晶粒的破碎、回复和动态再结晶所引起的晶粒细化及材料的流动,最终获得完全致密、细小而均匀的等轴晶组织.     

热处理条件对锻造ZK60-Y镁合金力学性能的影响

研究了不同热处理条件下锻造ZK60-Y镁合金微观组织的变化对其力学性能的影响.结果表明,直接进行人工时效的合金具有优越的强度和塑性.XRD分析表明,析出相主要有Mg2Zn3、Mg24Y5、Zn2Zr3和w-Mg3Y2Zn3.Mg2Zn3和w-Mg3Y2Zn3等析出相的尺寸、数量及其在基体中的分布状态对合金的力学性能影响很大.锻造态下大块破碎呈带状分布的Mg3Y2Zn3相及T4和T6态下粗化呈片层状的Mg2Zn3相是合金力学性能降低的主要原因.细小呈带状分布的Mg3Y2Zn3相和细层片状分布的Mg2Zn3相及其在此状态下细小的晶粒使T5态合金具有优越的抗拉强度和塑性.     

Bi对挤压态AZ61镁合金组织和力学性能影响

研究了添加Bi元素对AZ61镁合金铸态、固溶态和挤压态组织和力学性能的影响。实验结果表明,向合金中加入Bi后,铸态合金基体中析出了片状和颗粒状的Mg3Bi2相,挤压态合金的组织得到了细化。当加入2%(质量分数)Bi后,挤压态合金的屈服强度和抗拉强度达到最大值,分别为239.4和322.6 MPa。随着Bi含量的进一步增加,粗大的Mg3Bi2相显著增多,加载时割裂基体,导致力学性能降低。     

累积连续流变挤压对Al-Mg(-Mn-Fe)合金组织性能影响

目的 研究多道次累积连续流变挤压变形对Al-Mg(-Mn-Fe)合金组织演化和力学行为的影响,为高性能细晶Al-Mg(-Mn-Fe)合金的制备提供借鉴与参考。方法 采用连续流变挤压方法制备Al-Mg(-Mn-Fe)合金,对流变挤压态Al-Mg(-Mn-Fe)合金进行多道次累积连续流变挤压变形,研究多道次变形前后Al-Mg(-Mn-Fe)合金的微观组织和力学性能变化,讨论变形过程中Al6(Mn,Fe)相对动态再结晶的影响,揭示累积连续流变挤压态Al-Mg(-Mn-Fe)合金的强化机制。结果 经3道次累积连续流变挤压变形后,Al-Mg合金和Al-Mg-Mn-Fe合金的平均晶粒尺寸分别减小至21.5 μm和2.8 μm,细化效果显著;在多道次变形过程中,Al-Mg-Mn-Fe合金内的Al6(Mn,Fe)相逐渐破碎细化并趋于均匀分布,再结晶驱动力增加,阻碍再结晶晶粒长大;经3道次变形后,Al-Mg合金杆材的抗拉强度和伸长率同步提高至267.4 MPa和52.2%,而Al-Mg-Mn-Fe合金杆材的抗拉强度提高至364.2 MPa,伸长率降低至31.7%,该合金的强化机制主要包括细晶强化、位错强化和第二相强化。结论 累积连续流变挤压变形可有效细化合金内的晶粒及第二相,提高Al-Mg(-Mn-Fe)合金的综合力学性能。     

冷却速率对Mg-4.4Zn-0.3Zr-0.4Y变形镁合金组织和性能的影响

通过水冷和空冷两种冷却方式制备成分相同的Mg-4.4Zn-0.3Zr-0.4Y(质量分数/%,下同)铸态合金,挤压变形后进行时效处理,研究不同熔体冷却速率对挤压态和时效态合金组织性能的影响。结果表明:通过水冷冷却可以显著细化铸态组织,促进I相(Mg3YZn6)的生成,并抑制W相(Mg3Y2Zn3)的形核;由于初始组织不同,水冷和空冷两种冷却方式铸造的Mg-4.4Zn-0.3Zr-0.4Y合金经过挤压变形后,抗拉强度分别达到327MPa和306MPa,伸长率分别达到14.8%和10.0%;时效处理后,合金的晶粒尺寸和织构强度变化很小,析出的MgZn相和MgZn2相含量成为影响时效态合金性能的主要因素;时效处理挤压态水冷冷却铸造合金的屈服强度和抗拉强度分别达到330MPa和348MPa,伸长率为14.4%,与时效前相比略有减小;时效处理挤压态空冷铸造合金的屈服强度和抗拉强度增大至344MPa和359MPa,伸长率降至8.6%。     

挤压GW102镁合金组织和力学性能

研究了Mg-9.8Gd-1.6Y-0.02Zn-0.5Zr(GW102)镁合金挤压棒材的显微组织和不同方向的拉伸性能。结果表明,经520℃均匀化处理的GW102镁合金的组织主要由过饱和镁固溶体、少量凝固期间析出的颗粒相Mg5(Y0.6Gd0.4)和非平衡相Mg3(Gd0.5,Y0.5)组成。挤压变形并在200℃时效热处理60 h后,从过饱和固溶体中弥散析出大量针片状β″相和β′相。该镁合金经过挤压变形后具有明显的各向异性,垂直挤压方向合金的抗拉强度显著低于挤压方向的抗拉强度和延伸率。GW102合金的强化,其主要原因是长周期结构相(LPSO)与位错的相互作用和晶界上无沉淀析出带的影响。     

变质细化和热处理对挤压铸造成形A356铝合金构件性能的影响

用Al-10Sr变质剂和Al-5Ti-B细化剂处理A356铝合金熔体,并结合挤压铸造和T6热处理工艺,研究变质细化与热处理对A356铝合金挤压铸造件的组织和性能的影响规律。结果表明,随着Al-10Sr变质剂加入量的增加,共晶Si的形貌由片状和长杆状变为颗粒状和蠕虫状,α-Al的晶粒尺寸先减少后增大。当Al-10Sr的加入量(质量分数)为0.3%时,挤压铸造成形件的最优抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为221.3 MPa、104.5 MPa和10.3%。Al-10Sr变质能提高形核率、细化α-Al晶粒尺寸和改变共晶硅形貌,使铸造件的力学性能提高。随着A-5Ti-B的增加,晶粒尺寸先降后增,力学性能先增后降。Al-5Ti-B的加入量为0.6%时,最优抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为215.6 MPa、106.6 MPa和9.0%。T6热处理(固溶540℃/4 h+时效190℃/4 h)使屈服强度和抗拉强度显著提高和延伸率降低。经过0.6% 的Al-5Ti-B细化处理,T6处理挤压铸造件的最优的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为297.5 MPa、239.3 MPa和8.0%。共晶硅的球化和细化、成形件成分的均匀化以及Mg₂Si强化相在基体中弥散析出,是热处理后构件力学性能提高的主要原因。     

ECAP工艺及时效处理对Cu-Cr-Zr合金组织和性能的影响

研究等径弯曲通道变形(ECAP)与时效相结合的不同加工工艺对Cu-0.8Cr-0.15Zr合金的组织和性能的影响。结果表明,合金经ECAP挤压8道次后形成了均匀的等轴晶结构,平均晶粒尺寸为200nm,时效使得合金组织均匀性进一步提高。室温力学性能和导电性能测试结果显示,合金具有很强的时效强化效应,时效前的冷变形能显著提升合金的性能,合金经ECAP工艺8道次挤压后420℃时效3h,合金的硬度、抗拉强度和伸长率分别达到了249.15 Hv,623.1MPa和12.3%,合金的导电率达到了85.34%IACS。ECAP过程中合金的强化机制主要是细晶强化,细小弥散分布的析出相对位错的钉扎作用也为合金性能的提升做出了贡献。     

循环扩挤变形AZ80镁合金的组织、织构与力学性能

采用循环扩挤(Cyclic expansion-extrusion,CEE)变形工艺对AZ80镁合金的块状材料进行热挤压加工,观察试样的微观组织与织构,并测试了力学性能。结果表明:AZ80镁合金经过CEE变形后,晶粒的尺寸明显细化,第4道次CEE变形之后,晶粒尺寸从150~230 μm细化至2 μm,整体分布均匀且呈等轴晶;2道次变形后,随着挤压道次的增加,晶粒的细化程度减慢;同时经过CEE变形的AZ80镁合金织构包括了(0001)基面平行于挤压方向与(1120)棱柱面垂直于挤压方向的两种不同纤维织构,随着挤压道次的增加,织构总体强度出现先减后增再减的变化;力学性能相对于均匀化态有着明显的变化,第1道次CEE变形之后,抗拉强度与屈服强度分别达到各自的最大值,为290 MPa和180 MPa,第2道次CEE变形之后,强度出现不随晶粒细化而增强的现象(反Hall-Petch理论),这是因为织构的软化作用强于晶粒的细化作用,而伸长率随着挤压道次的增加而提高。     

长周期有序堆垛相(LPSO)的研究现状及在镁合金中的作用

镁合金由于具有较高的比强度、比刚度以及良好的成形性和切屑加工性等优点,在航空航天、交通以及电子产品等领域获得了广泛的应用。但是由于镁合金的绝对强度较低,使其在结构件的应用上受到了一定的限制。近年来,采用稀土元素来提高镁合金的强度已成为镁合金研究领域的热点,尤其是Mg-Zn-Y镁合金。由于m(Y)/m(Zn)比的变化,Mg-Zn-Y中的强化相也逐渐产生变化,当m(Y)/m(Zn)1时,在Mg-Zn-Y合金中出现与镁合金基体完全共格、但富含Y、Zn元素的结构及化学成分均有序的长周期堆垛有序相(LPSO)。相比于其他第二相,LPSO相具有高硬度、良好的热稳定性、良好的阻尼性能、高抗蠕变性能、高弹性模量等特点,因此,这种新型结构强化相在镁合金中对其力学性能的影响引起了研究人员的广泛关注,成为目前镁合金强韧化的研究热点。近几年的研究多是通过快速凝固粉末冶金、铜模铸造、溶体甩带等不同的铸造方法制备出含LPSO相的镁合金,并通过改变溶质原子种类、含量及比例的方法来探究LPSO相对镁合金性能的影响,之后通过热处理、挤压和轧制等加工工艺对LPSO相的数量、尺寸和分布进行调控,进而提高镁合金的性能。而有关LPSO相的微观结构,如LPSO相结构中各原子的排列方式和具体位置等,通过第一性原理计算模拟、选区电子衍射(SADP)、高分辨率透射(HRTEM)及高角环形暗场像扫描电子显微镜(HAADF-STEM)等方法进行研究,已经建立了一个比较完善的LPSO相结构模型。同时,近几年对镁合金凝固和变形过程LPSO相结构中原子的运动研究也有了突破性的进展。在21世纪初,有研究人员通过快速凝固和热挤压的方法制备出的Mg97Zn1Y2(原子分数)合金的屈服强度和延伸率分别达到了610 MPa和5%,这些优异的力学性能归因于纳米级的LPSO相。本文综述了镁合金中LPSO相的形成机制、类型及其含LPSO相的合金体系,并对LPSO相的结构堆垛有序和化学成分有序进行了详尽的叙述,同时分析了LPSO相提高镁合金强度、塑性、抗蠕变性及高阻尼性能的机理;阐述了含LPSO相镁合金的制备工艺对其性能产生的影响;最后对含LPSO相镁合金的发展方向进行了展望。     

等通道挤压AZ80镁合金的析出行为和性能

研究了AZ80镁合金经300℃等通道挤压(ECAP)后的组织、织构与力学性能的演变规律以及第二相析出行为的影响。结果表明:ECAP显著促进了粒状连续析出,可有效节省后续热处理时间。A路径多道次挤压最终获得基面织构;Bc路径挤压后形成基面近似平行于剪切面的织构;第二相析出对ECAP织构特征的形成没有显著影响。用该工艺可获得较高的延伸率(13%-19%),但是抗拉强度过低(300 MPa),综合机械性能不理想。可通过抑制挤压前的未溶粗大粒子的析出、减少挤压道次和降低挤压温度等措施优化AZ80的析出控制。     

形变热处理对Mg-4Al-1Si-1Gd合金组织及性能的影响

为改善Mg-Al-Si系(AS系)变形镁合金因第二相粗大、分布不均而性能较低的现状,在200℃下对挤压态Mg-4Al-1Si-1Gd合金分别进行不同时间(5 h、10 h、15 h)的等温时效和等通道挤压(ECAP)处理,并利用光学显微镜、扫描显微镜和拉伸实验分析其组织及拉伸性能.结果表明:随着等温时效时间的延长,晶粒尺寸增大,晶界处析出少量聚集的大尺寸Mg17 Al12相,时效10 h后合金的室温拉伸性能较优,但与挤压态相比强塑性明显降低.而形变时效提供的热变形能和应变累积量促进了动态再结晶的充分进行,晶粒尺寸由挤压态的10.68μm减小至2.20μm,Mg2 Si相和Si3 Gd5相碎化完全且分布更均匀,晶界处析出了大量颗粒状Mg17 Al12相,基面织构明显弱化,形成了新的非基面织构组分,抗拉强度、屈服强度和延伸率与挤压态相比分别提高了11.7％、33.7％和19.9％.经计算,细晶强化对屈服强度的贡献值为42.8 MPa,Orowan强化的贡献值为4.25 MPa.     

等通道角变形对搅拌铸造SiC_P/AZ91复合材料显微组织与室温性能的影响

采用搅拌铸造法成功制备了SiC_P/Mg(AZ91)复合材料并对铸态复合材料进行了等通道角挤压变形(Equal channel angular pressing,ECAP)。结果表明,搅拌铸造态SiC_P/AZ91复合材料的基体组织致密,颗粒与基体结合良好,没有出现宏观团聚;SiC_P大部分聚集在晶界附近区域并呈"项链状"分布。ECAP变形可以有效地消除铸态SiC_P/AZ91复合材料中的SiC_P"项链状"分布,并且随着ECAP道次的增加,SiC_P分布更加均匀;在ECAP过程中,SiC_P发生了一定断裂但并不明显。SiC_P/AZ91复合材料基体晶粒随着变形道次的提高而逐渐细化。基体晶粒细化以及SiC_P分布均匀化是SiC_P/AZ91复合材料屈服强度和抗拉强度随着道次提升而逐渐增加的主要原因。     

不同路径等通道转角挤压双相Mg-10.73Li-4.49Al-0.52Y合金的组织与力学性能

采用等通道转角挤压（ECAP）工艺在573 K温度下以Bc、A和C三种工艺路径对双相Mg-10.73Li-4.49Al-0.52Y镁锂合金分别进行1-4道次挤压变形,利用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射等研究变形后合金组织。结果表明,三种路径ECAP变形后,α相和β相晶粒均得到显著拉长和细化;4道次变形后,路径A获得片...     

连续变断面循环挤压AZ31镁合金的微观组织与力学性能

采用连续变断面循环挤压技术(CVCE)对AZ31镁合金进行循环挤压。采用光学显微镜、电子拉伸机等设备,分析变形前及不同循环道次后AZ31镁合金的微观组织和力学性能。结果表明:AZ31镁合金经10循环CVCE后,平均晶粒尺寸由变形前25.3μm有效细化到5.5μm;伸长率提高到34.3%,抗拉强度下降到200MPa。由于晶粒细化效应,导致α相主要变形机制由1循环的孪生变为随后道次的位错滑移。抗拉强度的降低与挤压后(0001)晶面取向分布的分散性有关;伸长率的增大与晶粒细化和滑移面的激活有关。