Mg-7Zn-0.2Ti-xCu镁合金非枝晶组织的演变过程及机理

采用等温热处理法制备了Mg-7Zn-0.2Ti-xCu(x=0、0.5、1.0、1.5,质量分数/%)合金的半固态坯料,探讨了Cu元素及其含量对Mg-7Zn-0.2Ti-xCu合金铸态和半固态组织的影响,同时,研究了等温温度和保温时间对Mg-7Zn-0.2Ti-1Cu合金半固态组织演变的影响并分析了非枝晶组织的形成机理。结果表明：在半固态组织演变过程中,随着等温温度的升高和保温时间的延长,固相颗粒的尺寸和形状因子先减小后增大。铸态组织和溶质原子的扩散行为是影响等温热处理过程中非枝晶组织形貌及其演变的主要因素。当Cu含量为1.0%(质量分数)时,合金铸态组织细小,Cu对非枝晶组织的优化效果最佳。Mg-7Zn-0.2Ti-1Cu合金在600℃下保温30 min时获得的非枝晶组织较为理想,其固相颗粒的平均尺寸、形状因子和固相率分别为43.12μm、1.46和59.77%,满足半固态成形的要求。     

Mg-6Zn-1Cu-0.3Mn镁合金的半固态组织演变

采用半固态等温热处理法,研究了重熔温度和等温时间对Mg-6Zn-1Cu-0. 3Mn镁合金半固态组织演变的影响。结果表明:在不同温度保温30min或在585℃保温不同时间的球化演变过程中,Mg-6Zn-1Cu-0. 3Mn合金中球状组织的平均尺寸、形状因子均先减小后增大,且固相率明显下降;晶界和亚晶界共同提供了溶质原子的扩散通道和液相相互渗透的路径,晶粒内部的溶质原子Zn、Cu和Mn富集区和枝晶壁搭接处形成了高溶质浓度的小"液池";当保温温度超过585℃或时间超过30 min时,颗粒易于粗化,其粗化符合Ostwald熟化机制。适合Mg-6Zn-1Cu-0. 3Mn合金的半固态等温处理工艺为585℃×30 min,其颗粒平均尺寸、形状因子和固相率分别为29. 91μm、1. 09和47. 55%。     

半固态等温热处理对Mg-7Zn-1Cu-0.3V镁合金非枝晶组织的影响

本工作采用半固态等温热处理法研究了保温温度和保温时间对Mg-7Zn-1Cu-0.3V镁合金半固态非枝晶组织演变的影响。结果表明:半固态等温热处理能将Mg-7Zn-1Cu-0.3V合金的原始树枝晶组织转变为半固态非枝晶组织,最终得到细小、圆整且分布均匀的球状颗粒。延长等温时间或升高保温温度有利于非枝晶组织的分离球化;但当保温温度过高或保温时间过长时,半固态颗粒会出现合并及长大现象,其主要演变符合Ostwald熟化机制。在整个等温热处理过程中,半固态组织演变主要经历了初始粗化、组织分离及球化、颗粒合并及熟化三个阶段。Mg-7Zn-1Cu-0.3V合金的最佳等温热处理工艺为:保温温度580℃,保温时间35 min。在该条件下得到的非枝晶颗粒平均尺寸、固相率及形状因子分别为33.25μm、45%及1.33。     

等温热处理对AZ61稀土镁合金半固态组织的影响

研究了等温热处理对AZ61稀土镁合金半固态组织的影响,结果表明:随着等温热处理温度的升高,铸态合金中的初始枝晶组织演变成了半固态非枝晶组织,经过了粗化、组织分离和球化三个过程。在等温热处理过程中,稀土La的加入阻碍了原子向固相粒子的聚集和固相粒子的合并,抑制了固相粒子的进一步长大,使半固态非枝晶组织更加细小。经过不同保温时间后,不规则的大块状组织开始球化,形成大量的近球形颗粒。但是,随着保温时间的进一步延长,球化的颗粒开始粗化长大且在颗粒内形成了大量的液岛。枝晶组织的球化过程,包括二次枝晶壁消失和Ostwald熟化。     

液相线模锻法制备ZK60-RE镁合金半固态组织演变

给出了液相线模锻法制备ZK60-RE镁合金半固态坯料的实验方法和工艺参数,并研究了该方法制备的ZK60-RE镁合金在半固态等温热处理过程中的微观组织演变.结果表明:利用液相线模锻法可以制备半固态ZK60-RE镁合金坯料,半固态ZK60-RE镁合金坯料在保温时间较短的半固态等温热处理过程中能形成晶粒细小、晶粒粗化速度较为缓慢的球晶组织,晶粒在600℃保温15 min、610℃保温3 min和618℃保温0 min时分别达到最小,最小尺寸分别为35、45、30 μm,能够达到半固态加工实际化生产的较高要求.晶粒在不同的温度下随着保温时间的延长,晶粒的圆整度均逐渐变小,球晶化越来越好.     

Zr元素及冷却速度对Mg-12Sm合金凝固组织的影响

研究了Mg-12Sm合金在不同冷却条件和添加Zr元素前后凝固组织的变化规律,实验发现水冷模具浇注下冷却速度提高,晶粒细化,二次枝晶臂间距减小,晶间共晶组织体积变小,但总体积分数和分布并没有明显改变;添加0.1%(质量分数)Zr后,晶粒明显细化,树枝晶转化为等轴晶,二次枝晶臂间距减小,晶间共晶组织体积分数增大,共晶组织形貌和分布没有明显变化;Mg-12Sm和Mg-12SmZr合金水冷后Mg基体中Sm含量降低。     

超声波搅拌及等温热处理对ZL101合金半固态组织的影响

采用超声波搅拌和等温热处理制备ZL101合金半固态坯料,研究了超声波搅拌处理和等温热处理中等温温度、等温时间等工艺参数对ZL101半固态组织形貌的影响。研究结果表明:超声波搅拌可有效细化和球化组织,消除组织缺陷;适当的等温处理可以明显改善半固态ZL101的凝固组织;当等温温度为590℃、等温时间为30min时,半固态ZL101合金中初生α-Al相细化和球化效果最明显;初生α-Al相的平均等积圆尺寸达到157μm,形状因子达到0.87。     

镁合金ZK60-RE半固态坯的微观组织演变

采用常规铸造法和等径道角挤压分别制备了镁合金ZK60-RE半固态坯;用金相显微镜研究了2种半固态坯料在等温热处理过程中的微观组织演变.结果表明:与传统铸造方法制备的半固态坯相比,采用等径道角挤压制备的半固态坯的晶粒细小、圆整,适合于半固态成形.在等温热处理过程中,2种坯料晶粒粗化的机制是合并长大和Ostwald长大.铸...     

热处理工艺对Mg-3Zn-0.6Zr合金组织和性能的影响

本工作采用的热处理工艺分为均匀化处理及固溶处理,通过金相显微镜、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射分析、压缩试验和硬度测量等多种实验方法,研究Mg-3Zn-0.6Zr合金铸态和热处理态的组织及性能。研究发现,均匀化处理后,铸态合金晶粒细化,抗压强度提高到338.3 MPa;固溶处理后,铸态合金中的MgZn第二相逐渐溶解到α-Mg基体中,抗压强度提高到431.1 MPa。最后,确定了最佳热处理工艺为:固溶处理温度400℃,保温8h,水冷。     

Sm对ADC12铝合金变质效果影响的研究

采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪等手段研究了1.0%(质量分数)的Sm变质对ADC12铝合金组织结构的影响。结果表明,加入1.0%的Sm能使合金中α-Al相和共晶硅相均得到明显细化,α-Al相二次枝晶间距由51μm减小到15μm,平均晶胞尺寸由90μm减小到40μm;共晶硅由粗大的针状变为尺寸较小的短棒状或圆球状,圆整度得到提高;变质后的合金中生成了高熔点Al11Sm3金属间化合物。     

Formation and Evolution of Non-dendritic Microstructures of Semi-solid Alloys Prepared by Shearing/Cooling Roll Process

The shearing/cooling roll （SCR） process was adopted to prepare semi-solid A2017 alloy. The formation and evolution of non-dendritic microstructures in semi-solid A2017 alloy were studied. It is shown that the microstructures of semi-solid billets transform from coarse dendrites into fine equiaxed grains as the pouring temperature of molten alloy decreases o.r roll-shoe cavity height is reduced. From the inlet to the exit of roll-shoe cavity, microstructure of semi-solid slurry near the shoe surface is in the order of coarse dendrites, degenerated dendrites or equiaxed grains, but fine equiaxed grains are near the roll surface. Microstructural evolution of semi-solid slurry prepared by SCR process is that the molten alloy nucleates and grows into dendrite firstly on the roll and shoe＇s surface. Under the shearing and stirring given by the rotating roll, the dendrites crush off and disperse into the melt. Under the shearing and stirring on semi-solid slurry with high volume fraction of solid, the dendrite arms fracture and form equiaxed grain microstructures.     

大塑性变形的AM60镁合金半固态等温处理研究

为了制备晶粒细小且球化程度高的的AM60镁合金半固态坯料,对铸态和等径道角挤压态的AM60镁合金半固态等温处理过程进行了研究.借助金相显微镜对AM60镁合金铸坯和等径道角挤压后的铸坯在半固态等温处理中的微观组织演变进行了观察.研究结果表明:对于AM60镁合金,直接等温处理获得的半固坯晶粒很粗大,其平均晶粒尺寸都在100μm以上,晶粒球化效果不理想,很难获得合格的半固态坯;新SIMA法是一种非常理想制备AM60镁合金半固态坯的方法,利用该方法制备的AM60半固态坯的微观组织晶粒十分细小,平均晶粒尺寸在8～22μm,晶粒球化程度高;随着保温时间的延长,新SIMA法制备的AM60半固态坯的微观组织出现长大现象;随着等温处理温度的升高,固相晶粒的平均尺寸先增加后减小,晶粒球化程度越来越高.     

ZL201合金液相线铸造与二次加热的合金组织

为了研究半固态金属的成型规律,采用电子显微镜及图像分析仪,研究了近液相线半连续铸造ZL201合金的微观组织及其在二次加热过程中的变化.研究表明,在液相线温度下半连续铸造的ZL201合金组织为均匀、细小的蔷薇状组织,晶粒的平均等积圆直径为43.6μm,晶粒平均圆度为1.88.经二次加热后,铸造组织逐渐转变为等轴晶.在620℃下加热20min后,晶粒平均等积圆直径为111μm,晶粒平均圆度1.42.在640℃下加热20min后,晶粒平均等积圆直径为108μm,晶粒平均圆度1.58.研究表明,近液相线半连续铸造可以获得理想的ZL201合金半固态坯料.     

Effects of samarium content on microstructure and mechanical properties of Mg–0.5Zn–0.5Zr alloy

Effects of samarium (Sm) content (0, 2.0, 3.5, 5.0, 6.5 wt%) on microstructure and mechanical properties of Mg–0.5Zn–0.5 Zr alloy under as-cast and as-extruded states were thoroughly investigated. Results indicate that grains of the as-cast alloys are gradually refined as Sm content increases. The dominant intermetallic phase changes from Mg₃Sm to Mg₄₁Sm₅ till Sm content exceeds 5.0 wt%. The dynamically precipitated intermetallic phase during hot-extrusion in all Sm-containing alloys is Mg₃Sm. The intermetallic particles induced by Sm addition could act as heterogeneous nucleation sites for dynamic recrystallization during hot extrusion. They promoted dynamic recrystallization via the particle stimulated nucleation mechanism, and resulted in weakening the basal texture in the as-extruded alloys. Sm addition can significantly enhance the strength of the as-extruded Mg–0.5Zn–0.5 Zr alloy at room temperature, with the optimal dosage of 3.5 wt%. The optimal yield strength (YS) and ultimate tensile strength (UTS) are 368 MPa and 383 MPa, which were enhanced by approximately 23.1% and 20.8% compared with the Sm-free alloy, respectively. Based on microstructural analysis, the dominant strengthening mechanisms are revealed to be grain boundary strengthening and dispersion strengthening.     

金属凝固显微组织的计算机模拟

应用计算机数值模拟技术研究金属凝固显微组织的形成规律是材料科学发展的重要前沿领域之一。文章对该领域的最新研究进展作了简要评述；重点介绍了作者发展的一个改进的MCA(modified cellular automaton)模型的特点以及应用该模型在合金凝固组织 数值模拟方面的一些主要工作。     

半固态60Si2Mn流变轧制的组织及性能

对弹簧钢（60Si2Mn）进行1道次的半固态轧制变形，研究半固态浆料轧制前后的组织和性能，明确了在轧制变形中半固态浆料的组织变化规律和轧后的力学性能特征，结果表明：仅经过1道次的半固态轧制变形，兰固态浆料的组织就得到了明显的改善；在半固态浆料中，固相颗粒大多聚集在轧件的中间区域，液相主要流向轧件的边部，从而导致液相偏析，使轧制产品的边部和中部的组织和性能的不同，只有当固相率达到一定数值时，固相颗粒才会发生塑性变形，被压扁拉长。     

Critical assessment: opportunities in developing semi-solid processing: aluminium,magnesium, and high-temperature alloys

Semi-solid metal processing (SSM) is a modern metal forming technology offering net-shape metal components of complex geometry in a one-step operation. The process relies on the thixotropic behaviour of metals with non-dendritic microstructures in a wide semi-solid temperature range. The beneficial effects are currently exploited in aluminium and magnesium alloys. This alternative manufacturing route to casting and forging has generated high expectations regarding high melting alloys, although no conclusive results have been achieved so far. Current studies focus on a deep understanding of the fundamental basics of alloys in the semi-solid range, e.g. rheology, microstructural evolution, and the consequences of forming, e.g. relations between process parameters, microstructure, and properties. This critical assessment aims at defining the important needs for further development of SSM, and assessing current knowledge.     

金属半固态浆料制备技术研究进展

对金属非枝晶形成机制的研究历程进行了回顾,并结合金属非枝晶组织的形成机制,着重介绍了金属半固态浆料制备技术的研究现状及最新进展,提出了今后的研究方向.     

Microstructures and mechanical properties of Mg–Al–Zn–Ca alloys fabricated by high frequency electromagnetic casting method

The microstructures and mechanical properties of AZ31 and 1 wt%Ca-containing AZ31 billets fabricated using EMC (Electromagnetic Casting) and EMS (Electromagnetic Stirring) were examined. The results show a great potential of producing high-quality surface magnesium billets with fine-grained microstructure at a relatively high casting speed. Application of EMC + EMS for production of the 1 wt%Ca-AZ31 alloy billet with a diameter of 150 mm produced a reasonably homogeneous microstructure composed of fine grains with an average size of 45 μm. Attainment of the fine-grained and homogeneous microstructure by EMC + EMS was attributed to reduction of temperature gradient and fragmentation of dendrite structure under electromagnetic force. Strength of the EMC and EMC + EMS 1 wt%Ca-AZ31 billets was higher than that of the EMC AZ31 billet due to the grain size and particle strengthening effects.