Microstructure, Tensile Properties and Creep Resistance of Sub-rapidly Solidified Mg-Zn-Sn-Al-Ca Alloys

研究了7种亚快速凝固Mg-Zn-Sn-Al-Ca合金的组织、拉伸性能和抗蠕变性能。对于Mg-xZn-ySn-2Al-0.2Ca（x+y=9,x/y为2,1和0.5）合金,锌锡比为1时室温抗拉强度和屈服强度最高:150℃屈服强度随着锌锡比的增加而提高,而200℃相反。这可能与低锌锡比合金中Mg₂Sn较多、含Zn化合物较少且Mg₂Sn具有高温强化作用有关。对于Mg-4.5Zn-4.5Sn-2Al-zCa（z=0,0.2,0.4,0.6）合金,室温和200℃抗拉强度和屈服强度随着Ca含量的增加先提高后下降,峰值分别出现在0.2%Ca和0.4%Ca。200℃/50MPa压缩蠕变时,合金初始应变量和稳态蠕变速率随着Ca含量的增加而降低。少量Ca可以提高Mg-4.5Zn-4.5Sn-2Al合金的室温和高温强度并改善抗蠕变性能,但降低高温塑性。此外,也影响拉伸断裂模式。随着Ca含量的增加,合金室温断裂由解理断裂转变为准解理断裂,200℃断裂由韧性断裂转变为准解理断裂。     

铸态Mg-5Sn-4Zn-xSi合金的显微组织及力学性能

采用XRD,SEM等手段研究了铸态Mg-5Sn-4Zn-(0~2.5)Si合金的显微结构。结果表明,Mg-5Sn-4Zn合金由枝晶状的α-Mg和Mg2Sn相组成,Si的加入使合金出现汉字状的Mg_2Si相。Zn存在于Mg_2Sn和Mg_2Si相中或者固溶到基体中。随着Si含量增加,晶粒逐渐细化,Mg2Sn相的量也逐渐增加。室温拉伸结果表明,Si的加入恶化了合金的力学性能。但在175℃,载荷为55 MPa的压缩蠕变试验结果表明,Si可以提高合金的抗蠕变性能。     

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。     

Zn/Cu质量比对挤压态Mg-Zn-Cu-Ce合金组织和性能的影响

研究了Zn/Cu质量比分别为9:1、2:1、1:1、1:1.5、1:2的挤压态Mg-Zn-Cu-Ce合金的组织与性能。采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对合金的显微组织与相结构进行了分析表征,测试了合金的室温、150、175、200℃的力学性能,研究了合金在200℃/50 MPa条件下的蠕变行为。结果表明,合金主要由α-Mg、Mg Zn Cu、Mg_2Zn_3组成,随着Zn/Cu质量比的减小,合金在晶界处出现灰色Mg_2Cu相。挤压态合金的室温抗拉强度和屈服强度随着Zn/Cu质量比的减小先增大后减小,Cu的增加可以提高合金的高温力学性能。室温下挤压态Mg-8Zn-8Cu-Ce(Zn/Cu=1:1)合金的抗拉强度和屈服强度分别为320和290 MPa,在150℃下,抗拉强度仍高于220MPa。Zn/Cu质量比的减小对提高Mg-Zn-Cu-Ce镁合金的蠕变性能非常明显,但Cu超过一定含量时,蠕变性能下降。Mg-8Zn-8Cu-Ce合金蠕变性能最好,稳态蠕变速率为1.21×10~(-8) s~(-1),100 h的蠕变量仅为0.562%。     

Si含量对Mg-8Al-8Zn-xSi合金组织与力学性能的影响

采用重力铸造法制备Mg-8Al-8Zn-xSi(x=1,2,4,质量分数)镁合金。研究了不同Si含量对合金显微组织及室温和高温(150℃)力学性能的影响。结果表明:合金主要由α-Mg基体、β-Mg_(17)Al_(12)、Mg_2Si和MgZn相组成。随着Si含量的增加,Mg_2Si颗粒由汉字状逐渐转变为粗大的骨骼状。Si含量从1%增加到2%和4%时,Mg_2Si颗粒的平均尺寸由25μm分别增大到30μm和150μm;合金的硬度逐渐提高;其室温及高温抗拉强度、屈服强度和伸长率均呈现先提高后下降的趋势;室温及高温拉伸断裂形式为准解理脆性断裂。     

Ca对铸态Mg-6Al及Mg-6Al-2Si系合金组织与性能的影响

为了明确不同服役温度下Ca对Mg-Al和Mg-Al-Si系合金性能的影响,采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜和力学性能试验机,分别研究了Mg-6Al-0.3Mn-0.5Zn-1.5Sn-0.3Sr-xCa(x=0,0.5%)和Mg-6Al-2Si-0.3Mn-0.5Zn-1.5Sn-0.3Sr-xCa(x=0,0.5%)合金的相组成、显微组织、断口形貌,以及室温和150℃时的拉伸性能。结果表明,Ca的加入会促使CaMgSn和CaMg(Sn,S)i等第二相的生成,产生明显的固溶强化作用,提高合金的室温和高温拉伸性能。Si的加入可显著提高合金的高温性能,但会降低合金的室温性能。因此,Mg-6Al-0.3Mn-0.5Zn-1.5Sn-0.3Sr-0.5Ca合金适用于室温部件,而Mg-6Al-2Si-0.3Mn-0.5Zn-1.5Sn-0.3Sr-0.5Ca合金适用于高温部件。     

铸造Mg-6Zn-3Sn-0.5Mn镁合金组织和力学性能

通过OM、SEM、XRD和力学性能测试等手段研究了半连续铸造Mg-6Zn-3Sn-0.5Mn(ZTM630)镁合金铸锭的组织和力学性能。结果表明,铸态显微组织主要由α-Mg相、Mg_2Sn相、Mg_7Zn_3相组成;经过420℃×8 h固溶处理,Mg_7Zn_3相和绝大部分的Mg_2Sn相全部溶解到基体中,剩余少量Mg_2Sn相呈颗粒状分布在晶界或晶粒内部;固溶处理后实验合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率均有所提高。     

Mg-16Al-12Zn-4Si-xCa-ySb合金的显微组织与力学性能

采用重力铸造法制备了Mg-16Al-12Zn-4Si-x Ca-y Sb合金,研究了Ca和Sb添加对合金组织及力学性能的影响。结果表明,未添加Ca、Sb时,合金主要由α-Mg基体、β-Mg_(17)Al_(12)、Mg_2Si及Mg Zn_2四相组成;添加微量Ca、Sb后,出现了Mg_3Sb_2和CaSi_2新相,初生Mg_2Si相由粗大的骨骼状转变为多边形块状;随Ca含量的增加,合金的抗拉强度先提高后降低。合金断裂形式为准解理脆性断裂。     

挤压温度对Mg-6Zn-1Mn-4Sn-0.5Y镁合金组织和性能的影响（英文）

通过光学显微镜(OM),X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),电子背散射衍射(EBSD)以及拉伸试验对360和420℃挤压的Mg-6Zn-1Mn-4Sn-0.5Y变形镁合金的组织和性能进行了研究。结果表明,合金铸态和时效态的相组成为α-Mg,Mn,Mg_7Zn_3,Mg_2Sn,和MgSnY相。挤压温度从360℃增加到420℃,动态再结晶完成,晶粒长大,合金的屈服强度、抗拉强度以及延伸率分别由259 MPa,350 MPa和18.3%降低至239 MPa,332 MPa和12.5%。理论计算和拉伸试验结果表明,细晶强化和固溶强化对合金屈服强度的增加产生决定性影响。     

固溶+时效态Al-8Zn-2.5Mg-1.5Cu(-0.15Y)合金的室温和低温拉伸性能

通过在室温和-20℃下进行拉伸试验,主要研究了时效时间对Al-8Zn-2. 5Mg-1. 5Cu(-0. 15Y)合金室温和低温拉伸性能的影响。试验结果表明,添加0. 15%的元素Y可以有效提高固溶+时效(T6)态Al-8Zn-2. 5Mg-1. 5Cu合金室温及低温下的抗拉强度和屈服强度。在5～30 h时效时间内,随时效时间的延长,T6态Al-8Zn-2. 5Mg-1. 5Cu(-0. 15Y)合金的抗拉强度屈服强度先上升后下降,断后伸长率则呈先下降后上升的趋势;与室温下的拉伸性能相比,T6态Al-8Zn-2. 5Mg-1. 5Cu(-0. 15Y)合金在-20℃的抗拉强度和屈服强度较高,而断后伸长率略低。室温拉伸时,T6态Al-8Zn-2. 5Mg-1. 5Cu合金呈现典型的韧性断裂特征,而T6态Al-8Zn-2. 5Mg-1. 5Cu-0. 15Y则呈现韧脆混合断裂特征;当拉伸试验温度为-20℃时,T6态Al-8Zn-2. 5Mg-1. 5Cu(-0. 15Y)合金的断口上均可观察到沿晶断裂特征,表现为韧脆混合断裂。     

钙元素对Mg-9Al-0.8Zn合金抗拉强度和蠕变性能的影响

研究了Mg-9Al-0.8Zn合金中添加少量钙元素后的力学性能。结果表明:该合金的屈服强度随钙添加量的增加而增加。含有0.15%Ca的合金能获得最大的抗拉强度。在150~200℃时,随着钙元素添加量的增加,蠕变性能也显著增加。添加0.15%Ca的合金蠕变率(200℃,50 MPa)比基体合金低一个数量级。钙的添加能细化显微组织和增强β析出相的热稳定性,并且蠕变抗力也有所改善。     

固溶处理对Mg-8Al-1Zn-1Si-0.6Sb合金组织与力学性能的影响

采用重力铸造法制备Mg-8Al-1Zn-1Si-0.6Sb合金,研究了固溶处理对该合金组织及力学性能的影响。结果表明,铸态合金主要由α-Mg、β-Mg_(17)Al_(12)、Mg_2Si、Mg Zn和Mg_3Sb_2相组成。对合金进行430℃×(8～32) h固溶处理,随保温的时间延长,Mg Zn相和β-Mg_(17)Al_(12)相固溶于α-Mg基体;粗大汉字状Mg_2Si相发生球状化;与此同时,合金的室温及高温(150℃)抗拉强度、屈服强度和伸长率逐步提高,硬度逐渐下降。铸态与固溶处理态合金的拉伸断裂形式均呈准解理脆性断裂。     

Ca含量对Mg-3Al-xCa-0.3Mn镁合金组织和性能的影响

以Mg-3Al-0.3Mn合金为基础,通过OM、XRD、SEM、EPMA及拉伸等检测方法,研究了Ca含量(1.7%～7.5%)对合金凝固组织、相组成、元素分布及挤压态力学性能的影响。结果表明,随着Ca含量的增加,Mg-3Al-x Ca-0.3Mn合金的凝固组织逐渐枝晶化,β-Mg_(17)Al_(12)相消失并出现Al_2Ca相及Mg_2Ca相。合金的高温(150℃和200℃)抗拉强度与屈服强度随Ca含量增加而逐渐提高,而伸长率逐渐下降。综合分析可知Mg-3Al-2.7Ca-0.3Mn合金具有较好的高温力学性能。     

含Sr和Ca的Mg-12Zn-4Al-0.3Mn合金的显微组织和力学性能

以Mg-12Zn-4Al-0.3Mn(质量分数,%)为母合金,制备了6种合金.实验观察证实,Mg-12Zn-4Al-0.3Mn合金的铸态组织由α-Mg基体和沿晶界分布的准晶Q相组成.在母合金中加入少量的Sr后,亚稳准晶相转变为Mg32(Al,Zn)49平衡相以及Mg51Zn20共晶相.在母合金中复合加入Sr与Ca后,铸态组织出现了Al2Mg5Zn2共晶相.随着Sr含量的增加,合金室温和高温下的力学拉伸强度提高,高温蠕变性能下降;Sr与Ca的复合加入使合金抗拉强度和塑性下降,但高温屈服强度提高.在175℃/70 MPa条件下,Mg-12Zn-4Al-0.2Sr-0.4Ca-0.3Mn合金表现出良好的高温抗蠕变性能.     

生物医用Mg-3Zn-0.2Ca合金显微组织与性能研究（英文）

针对生物医用Mg-3Zn-0.2Ca的显微组织、力学性能以及生物腐蚀行为,采用X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、拉伸实验机、电化学以及浸泡测试方法进行了研究。XRD结果表明Mg-3Zn-0.2Ca合金中的第二相主要为Mg_7Zn_3,Mg_2Zn_3,Mg_4Zn_7等金属间化合物相。相比于铸态,经过56:1挤压比变形后的Mg-3Zn-0.2Ca合金晶粒明显细化,平均晶粒尺寸从119.1μm降到2.5μm,降低了47.6倍。挤压态Mg-3Zn-0.2Ca合金的屈服强度(0.2%TYS)、抗拉强度以及延伸率分别为205,336 MPa和17.85%,电化学以及浸泡测试表明挤压态合金的耐蚀性明显优于铸态Mg-3Zn-0.2Ca合金,其主要归因于晶粒细化。新设计的生物医用Mg-3Zn-0.2Ca合金呈现出了良好的综合力学性能以及生物耐蚀性。     

Mg-4Al-1RE-xCa耐热镁合金的组织和性能

通过光学显微镜、扫描电镜、X射线分析等手段研究了Mg-4Al-1RE-xCa镁合金的铸态和压缩蠕变态组织,测试了其室温、高温拉伸性能和高温抗蠕变性能。结果表明,Mg-4Al-1RE合金为树枝晶结构,晶粒粗大且分布不均匀,强化相为针状Al11Nd3相。随着Ca含量的增加,晶粒明显细化,生成的骨骼状Al2Ca相和颗粒状Al2Nd相逐渐增加,而Al11Nd3相数量减少、尺寸变短。室温时,随着Ca含量的增加,铸态合金屈服强度和硬度有所提高,抗拉强度和塑性显著下降;150℃条件下合金的强度较室温时低,而塑性明显提高。Ca含量为0.8%时合金的瞬时高温抗拉强度最高,为138 MPa。沿晶分布的Al2Ca相热稳定性好,有利于合金抗蠕变性能的提高,一旦呈封闭网状,会对基体产生割裂作用,降低力学性能。     

Ca和Sn对Mg-4Zn合金组织和力学性能的影响

系统研究了Ca和Sn的添加对Mg-4Zn合金织构及力学性能的影响。结果表明,Ca显著细化合金组织并弱化织构。添加Sn导致MgSnCa相的生成,削弱了Ca的织构弱化效果。轧制态Mg-4Zn-0.2Ca合金具有最高的伸长率,达14.4%。同时加入Ca和Sn,显著提高了合金的强度,其中轧制态Mg-4Zn-0.2Ca-2Sn合金的强度最高,屈服强度和抗拉强度分别为255.4 MPa和295.3 MPa,但由于基面织构强度增加,伸长率明显降低。退火后,合金的强度下降,伸长率提高,这与合金中位错密度下降以及晶粒尺寸增大有关。     

Ca和Sn对ZM61合金微观组织和性能的影响

采用光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)等分析方法研究了添加Ca和Sn对Mg-6Zn-1Mn(ZM61)合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:ZM61合金中主要的第二相为Mg_7Zn_3,添加0.5 mass%Ca后合金中出现Ca_2Mg_6Zn_3相,Mg_7Zn_3相减少,动态再结晶不完全,织构增强,强度和塑性提高;在ZM61-0.5Ca合金中添加1 mass%Sn,合金中出现针状新相CaMgSn,该相抑制Ca_2Mg_6Zn_3的形成。ZM61-0.5Ca-1Sn合金综合力学性能最佳,屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为319 MPa,358 MPa和13.5%。     

锌镁含量对Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金组织和性能的影响

采用硬度测试、室温拉伸性能测试、光学显微镜、扫描电镜及透射电镜等方法研究了锌镁元素含量对Al-3Zn-4.5Mg-1Cu、Al-4Zn-3.5Mg-1Cu和Al-4.5Zn-3.5Mg-1Cu 3种高强铝合金挤压棒材的显微组织、时效硬化行为和力学性能的影响。结果表明,Al-4.5Zn-3.5Mg-1Cu合金的时效硬化效果最显著,经120℃×24 h时效后维氏硬度达183 HV3,抗拉强度达617 MPa,屈服强度为590 MPa,伸长率为10.2%。Zn元素含量或Zn/Mg比值升高增加了时效时沉淀强化相的密度,减小了其尺寸,从而提高了强化效果。     

Sn对Mg-Zn-Ca系合金组织和力学性能的影响

通过合金制备、微观分析和力学性能测试等方法,分析了Sn对Mg-Zn-Ca系合金微观组织和力学性能的影响.结果表明,加入Sn后,合金组织得到细化,也会使含Ca相析出.Mg-5Zn-2Ca合金的力学性能随Sn含量的增加呈先升后降趋势.当Sn添加量为1％时抗拉强度和屈服强度达到最大值,分别为158 MPa和123 MPa,伸长率为6.0％.拉伸断口的SEM形貌分析表明,加入Sn后,合金断裂方式没有明显变化.