Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金的高温变形机制

以Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金为研究对象,分析了复合强化、Sb元素及动态再结晶对合金高温变形机制的影响。结果表明:往复挤压镁合金经过复合强化与热处理后,晶界面积减少,晶界滑移得到有效控制,合金呈现优良的高温性能。对于Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si-x Sb合金,Sb元素具有活性作用,能够改善其高温强度,200℃以上效果更为显著,这主要与Mg_3Sb_2的熔点高、热稳定性好有关。合金经过动态再结晶以后,晶粒变大,对高温变形更加有利,同时温度升高,对动态再结晶具有促进作用,加速塑性变形。     

时效处理对Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金组织性能的影响

研究了时效工艺对往复挤压Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金显微组织和力学性能的影响,并分析了时效处理的作用机制。结果表明:合金时效处理后晶粒尺寸略有增大,晶粒分布不均匀,晶粒直径10μm左右;晶界处的块状颗粒相部分溶解,在晶界或晶内析出1μm左右的二次颗粒相。时效后Mg-5Sn-1.5A1-1Zn-1Si合金的伸长率呈下降趋势,而抗拉强度、屈服强度和硬度大幅度升高,其中抗拉强度和屈服强度高达323 MPa和272 MPa。     

固溶态Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金的演化过程分析

研究了固溶态Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金的显微组织,并从理论上分析了合金相的演化过程。结果表明:合金经固溶处理后,合金晶粒出现明显球化,由树枝晶变为球状晶;合金相经溶解与脱溶,析出3~5μm的第二相颗粒。在固溶处理过程中,对于低熔点合金相,通过原子扩散或振动直接溶解到基体中,实现相的分解与形貌变化,对于高熔点合金相,通过基体中的元素浓度平衡实现扩散与分解。     

正向挤压对Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金组织演化的影响

研究了正向挤压对Mg-5Sn-1. 5Al-1Zn-1Si合金组织演化的影响。结果表明:在一定范围内,随着挤压比的增大,Mg-5Sn-1. 5Al-1Zn-1Si合金的晶粒均匀度升高,合金未发生再结晶的区域减小,较大的挤压比对细化晶粒、改善组织均匀性及动态再结晶有促进作用。挤压后粗大的化合物相得到有效破碎,但弥散程度不高,第二相颗粒呈现聚集状分布,挤压比较小时晶粒组织容易粗化。在300～380℃范围内,随着挤压温度的升高,Mg-5Sn-1. 5Al-1Zn-1Si合金的平均晶粒尺寸先减小后增大,但变化幅度平缓,采用340℃挤压时合金晶粒尺寸较均匀细小。破碎的第二相颗粒对晶粒长大具有抑制作用,并且挤压温度越高,相颗粒重新溶解的过程越快,对晶粒的抑制作用越明显,动态再结晶越完全。     

Sr对Sb变质Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金组织的影响

用重力铸造法制备Sb及Sr+Sb联合变质Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金,再进行不同的固溶处理,研究Sr对Sb变质Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金组织的影响。结果表明:Sb和Sr+Sb联合变质均可以使初生Mg_2Si和Mg_2(Si,Sn)颗粒发生不同程度的球化,而Sr+Sb联合变质比Sb单变质具有更好的细化和球化效果;Sr+Sb联合变质后,共晶Mg_2Si和Mg_2(Si,Sn)相由汉字状变为细小近似球形或多边形颗粒状;Sb变质Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金在较低固溶温度和较短保温时间下即可使大部分Mg17Al12相和部分Mg_2Sn相固溶到基体中,而Sr+Sb联合变质合金组织中,Mg_(17)Al_(12)和Mg_2Sn依然清晰可见,未完全溶解的Mg_(17)Al_(12)相发生球化,均匀的分散在基体中;Sr+Sb联合变质Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金固溶温度要比Sb单变质时略高一些,但对固溶时间的影响并不明显。     

挤压变形对Sr+Sb联合变质Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金时效硬化效果的影响

对比分析了铸态和挤压态Sr+Sb联合变质Mg-5Sn-1. 5Al-1Zn-1Si合金在时效过程中的组织与硬度的异同,讨论了产生差异的原因。结果表明:挤压变形合金的时效硬化效果明显强于铸态合金的时效硬化效果。铸态合金随着时效温度的升高和保温时间的延长,析出的化合物增多,特别是Mg_(17)Al_(12)和Mg_2Sn相。铸态合金经固溶和时效处理后的最大平均硬度为92. 12 HBW,比未经固溶时效处理时的硬度仅提高了7. 78%,且硬度测量误差范围波动较大。挤压变形合金随着时效温度的升高和时效时间的延长,大量颗粒状析出相均匀分布在基体上,析出相明显长大。挤压变形合金经固溶时效处理后的最大平均硬度为116. 94 HBW,比未固溶时效处理时的硬度提高了21. 4%,且硬度误差波动范围较小。挤压后合金经过固溶时效处理后,材料的性能稳定性明显提高。     

Al-7.0Zn-2.9Mg合金高温变形行为和加工图

采用Gleeble-3500热模拟试验机在温度为400℃~500℃,应变速率为0.01 s~(-1)~10 s~(-1)条件下对Al-7.0Zn-2.9Mg合金进行热压缩试验,研究该合金的热变形行为及热加工特征,建立了应力-应变本构方程和加工图。结果表明,Al-7.0Zn-2.9Mg合金在热压缩变形过程中,随着应变速率的增加和变形温度的降低,合金流变应力逐渐增大,流变应力达到峰值后曲线呈现稳态流变特征;合金在试验条件下的平均变形激活能为157.8 k J/mol。真应变为0.5的加工图表明,该合金在400℃~500℃高温变形时安全区域主要存在于低应变速率的条件下,较合适的加工温度为450℃~475℃,应变速率为0.1 s~(-1)~0.01 s~(-1)。     

Sb对Mg-5Sn-2Al-1.5Zn-0.8Si合金组织和性能的影响

在熔炼时以单质形式加入Sb元素,研究了不同含量的Sb对Mg-5Sn-2Al-1.5Zn-0.8Si合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,Sb能与Mg基体结合生成Mg3Sb2相。加入0.9%(质量分数)的Sb对Mg2Si相的汉字状结构具有强烈变质作用,Mg2Si中的Si能与Sn发生取代作用,生成Mg2(Si,Sn)复合相,该相的物理性能介于Mg2Si与Mg2Sn之间。随着Sb含量的增加,铸态合金和挤压态合金的延伸率逐渐减小,而抗拉强度呈现先增加后降低的趋势。挤压态合金的强度和塑性明显优于铸态合金,并且Sb含量的增加有利于改善Mg-5Sn-2Al-1.5Zn-0.8Si合金的耐热性能。     

Mg-6Al-1Nd-1.5Gd合金的高温蠕变机制

采用高温蠕变装置,研究了Mg-6Al-1Nd-1.5Gd合金在150、175、200℃以及50、70、90 MPa条件下的高温压缩蠕变行为,分析合金在高温蠕变过程中的蠕变机制。结果表明,Mg-6Al-1Nd-1.5Gd合金的平均应力指数及蠕变激活能分别为4.64和73.87kJ/mol,其主要蠕变机制是由位错攀移和晶界扩散共同作用,合金的蠕变本构方程为:ε=1.877×10-8σ4.641exp[-73 865/(RT)];合金在高温蠕变过程中,微观组织中的位错密度逐渐增大,出现位错缠结及位错堆积,合金蠕变后的晶粒变得粗大,金属间化合物Al3Nd和Al3Gd在晶界上出现偏聚。     

非晶Fe粉掺杂Al-12Si合金的高温压缩变形行为

为提高Al-12Si合金的热变形抗力,并探索非晶Fe粉掺杂对Al-12Si合金热压缩行为的影响和掺杂非晶Fe粉热压缩中的晶化温度等,采用连续挤压技术制备了掺杂10wt%非晶Fe粉与不掺杂非晶Fe粉的Al-12Si合金试样,对试样进行了不同温度和应变速率下的热压缩试验,分析了试样在热压缩中的组织转变,以及采用双曲正弦关系构建了试样的热流变应力方程。结果表明:非晶Fe掺杂试样在450 ℃及以下的热压缩时,Fe维持非晶态,500 ℃时,则已发生晶化;掺杂10wt%非晶Fe粉使Al-12Si合金的热抗变形能力显著提高,其热压缩激活能Q=211.29 kJ/mol,比未掺杂非晶Fe粉的Al-12Si合金试样高40.78 kJ/mol,且热压缩过程中存在动态回复和动态再结晶;利用双曲正弦关系构建试样的热流变应力方程为ε·=4.42×10¹⁴[sinh(0.016 6σ)]^6.13exp(-211 290/RT),线性回归系数高达0.99,即可为非晶Fe粉掺杂试样的热加工提供一定的理论指导。     

Cu含量对Al-9.0Zn-1.5Mg-xCu合金断裂韧性的影响

采用Kahn撕裂实验,结合金相、扫描电镜、扫描透射电镜、数字图像相关法和电子背散射衍射等手段,研究了Cu含量对Al-9.0Zn-1.5Mg-x Cu合金断裂韧性的影响规律。结果表明：随着Cu含量从0%增大到2.6%(质量分数),合金断裂韧性先逐渐增大,在Cu含量为1.0%～1.3%时达到最高值,而后大幅减小。随着Cu含量从0%增大到1.0%～1.3%,合金的再结晶晶粒面积分数逐渐增大,导致裂纹形核过程的变形量和穿过再结晶晶粒扩展的比例增大;裂纹单位面积形核功(UIE)和单位面积扩展功(UPE)逐渐增大。Cu含量为2.6%时,合金残余第二相的面积分数、晶界上部分η相的尺寸增大,导致裂纹形核过程的变形量减小;η′强化相的间距减小,导致晶内-晶界强度差和裂纹沿再结晶晶界扩展的比例明显增大;UIE和UPE均大幅减小。     

Al-4.6Zn-2.58Mg合金热变形工艺研究

在工业化生产条件下,采用半连续铸造、自由锻造、固溶和时效处理技术制备A l-4.6Zn-2.58Mg合金锻件。采用热加工模拟方法优化该合金的热加工工艺。试验结果表明:该合金高温压缩变形时的流变应力随变形温度的升高而减小,随变形速率的提高而增大。合金在420℃以下热变形,热变形组织主要为动态回复组织;在420℃以上热变形,热变形组织有动态再结晶发生。在400℃~420℃之间热压缩变形,变形抗力比较小;380℃~420℃时铸态塑性最好。该合金较适宜的热加工温度范围为400℃~420℃。     

Sb含量对Mg-8Al-1Zn-1Si合金组织与性能的影响

研究了合金元素Sb对Mg-8Al-1Zn-1Si合金组织和性能的影响。结果表明:加入少量(0.2%~0.6%)Sb时,α-Mg基体和粗大的汉字状Mg2Si相颗粒有所细化,力学性能逐渐提高;当Sb达到0.8%时,Mg2Si颗粒全部转变为块状和短棒状,此时室温和150℃下的力学性能都达到最佳;当Sb含量超过0.8%后,合金中的Mg2Si又变为粗大的汉字状,力学性能下降。     

挤压铸造Al-25Zn-10Si合金的组织与性能

在ZL102中加入纯Zn、纯Mg,得到Al-12.4Si-4.5Cu及Al-25Zn-10Si-5Mg合金,研究了挤压铸造成形合金的性能。结果表明,两组合金的最佳工艺方案相同,即模具预热温度为240℃,压力为150kN,保压时间为16s,浇注温度为630℃;挤压铸造件经过淬火时效处理之后,微观组织比未经热处理的微观组织均匀、细小,且硬度明显提高。加入5%的Mg元素后,合金组织性能优于不加Mg的。     

固溶处理对Mg-8Al-1Zn-1Si合金组织与性能的影响

研究了固溶处理对Mg-8Al-1Zn-1Si合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,铸态合金主要由α-Mg、β-Mg17Al12和Mg_2Si相组成。固溶处理过程中,β-Mg17Al12相溶于基体而形成α-Mg过饱和固溶体,粗大的汉字状Mg_2Si相颗粒逐渐溶解、溶断而转变为相对细小的球状。随固溶处理时间延长,合金的硬度逐渐降低;室温与150℃下的抗拉强度、屈服强度和伸长率逐渐提高。合金的拉伸断裂形式为准解理脆性断裂。     

超声振动对Zn-55Al-1.6Si合金凝固组织的影响

研究了超声振动工艺参数对Zn-55Al-1.6Si合金凝固组织的影响.结果表明,Zn-55Al-1.6Si合金熔体经过超声振动处理后,凝固组织发生了显著变化.随着超声功率增大,初生α相由粗大的树枝晶变为细小圆整的蔷薇状;超声功率增至200 W后,继续增大施振功率,细化效果没有明显变化.在超声功率一定的条件下,施振温度区间对凝固组织也有影响.当超声终止温度在液相线以下时,初生α相变为各向同性的蔷薇状及近球状,且超声终止温度越低,组织越细小圆整.施振功率为200 W左右、施振温度区间为620～540℃时,是较为理想的超声细化处理工艺,此时粗大的枝晶状α-Al骨架变为细小球状.     

Mg-3Al-1Zn-0.8Nd合金热压缩变形流变应力的研究

使用Gleeble-1500D热模拟实验机对含稀土Nd的镁合金Mg-3Al-1Zn-0.8Nd在变形温度为250-450℃,应变速率为0.01-1s-1条件下的流变应力进行研究。研究结果表明：该合金的流变应力强烈地受变形温度与应变速率的影响。合金的流变应力随变形温度的升高而下降,随应变速率的增加而增加且在变形温度为450℃,应变速率为0.01s^-1时呈稳态流变。该合金的流变应力与变形温度、应变速率的关系可以用幂指数关系描述。在本实验条件下,该合金的变形激活能为154.064kJ·mol^-1。     

Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金的高温塑性变形行为及热加工图

采用Gleeble-1500热模拟试验机进行等温恒应变速率热压缩实验,探究了Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金在应变速率为0.1～10 s^-1、变形温度为1173～1323 K及最大变形量为60%条件下的高温塑性变形行为。探究了工艺参数对真应力-真应变曲线的影响,采用Arrhenuis模型构建了耦合应变的本构方程,基于动态材料模型及Babu流变失稳准则构建了热加工图。结果表明,Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金的流动应力随应变速率的减小及变形温度的增加呈下降并趋于平稳的趋势,且温度敏感性在低温区比高温区强。真应力-真应变曲线在变形温度1173～1273 K下的α+β相区呈现出动态再结晶特征,在变形温度为1323 K的β相区呈现出动态回复特征。建立的耦合应变的Arrhenuis本构方程具有较高的预测精度。利用Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金热加工图,确定了该合金最优塑性变形工艺参数为变形温度为1230～1323 K和应变速率为0.1～0.816 s^-1。     

Sb含量对铸态Mg-4Al-1Zn-1Si合金组织与性能的影响

研究了合金元素Sb对Mg-4Al-1Zn-1Si合金组织和性能的影响.结果表明:加入0.25wt％Sb时,合金中形成了Mg3Sb2相,原来大量聚集于晶界的粗大汉字状Mg2Si相颗粒转变为相对细小的汉字状Mg2Si相颗粒,呈弥散分布于晶界及晶内,同时出现了少量多边形块状Mg2Si相颗粒,此时合金的力学性能有所提高;当Sb为0.5％时,Mg2Si相颗粒尺寸迅速减小,转变为球状或短棒状,此时,合金的室温和高温抗拉强度、屈服强度和伸长率均达到最大值;当Sb含量为0.75％时,Mg2Si相颗粒尺寸未见明显变化,但又发生聚集现象;当Sb含量为1.0％时,Mg2Si相颗粒又转变为尺寸较大的汉字状颗粒,此时合金的力学性能发生下降.     

Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si合金中温变形行为的研究

Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si(也称BT3-1)是一种在汽轮机叶片领域比较常用的两相钛合金。大多数研究都是针对其800℃以上的变形行为,而服役温度600℃以下的变形行为却几乎没有被讨论过。我们必须注意到800℃以上的高温变形行为在很多方面完全不同于600℃以下的中温变形行为,比如