Ti,Zr复合微合金化对铝合金再结晶的影响

通过向工业纯铝中单独及复合添加微量的Ti,Zr元素,采用硬度测试、金相显微(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)及X射线衍射(XRD)等分析方法,研究并对比了Ti,Zr单独及复合微合金化对铝合金再结晶的影响。结果表明:Ti,Zr复合微合金化不仅有效细化了合金的晶粒尺寸,提高了合金的力学性能,同时更加显著地提高了合金对再结晶的抑制作用。主要因为Ti,Zr复合微合金化的合金在均匀化退火及变形加热过程中,固溶在基体中的Ti,Zr原子会以大量且弥散的二次Al_3Zr和Al_3(Ti,Zr)粒子形式析出,这些Al_3Zr和Al_3(Ti,Zr)粒子的尺寸更加细小,弥散程度更高,高温下不易长大,且二次Al_3(Ti,Zr)的热稳定性更高,与α(Al)共格性更好,在有效充当基体形核质点细化晶粒的同时,还能强烈的钉扎位错和亚晶界,有效抑制了合金的再结晶转变,并将Al-Ti-Zr合金的再结晶温度提高200℃以上,同时对合金的再结晶晶粒具有良好的细化作用。     

Al对Mg-5Gd-3Y铸态合金组织和性能的影响

通过X射线衍射、扫描电镜、金相组织分析和拉伸性能测试等方法,研究了Al对Mg-5Gd-3Y铸态合金组织和性能的影响。结果表明,Mg-5Gd-3Y铸态合金的组织由α-Mg基体和共晶相Mg5Gd和Mg24Y5组成。加入Al元素后,有新相Al2Gd、Al2Y析出,对合金的晶粒起到细化作用,有效提高了Mg-5Gd-3Y铸态合金的力学性能。     

粉末冶金Mg-6Al-xZr合金的组织与力学性能

采用机械合金化和粉末冶金技术制备了Mg-6Al-xZr(x=0、3、6、9)(质量分数)合金,研究了Zr含量对合金微观组织以及力学性能的影响。结果表明:550℃烧结态合金的组织由Mg基体、Zr以及Mg17Al12相组成,同时存在大量微孔;随着Zr含量的升高,Mg基体晶粒尺寸以及孔隙均变小,合金显微组织细化;合金的硬度和抗弯强度随Zr含量的增加而提高;650℃复烧后Al元素向Zr颗粒内部扩散并生成中间相Al3Zr,合金的力学性能进一步提高。     

Y对Mg-5.5Al合金显微组织的影响

研究了Y对Mg-5.5Al合金显微组织的影响。结果表明,加入Y后基体晶粒得到明显细化,同时基体中出现点状Al2Y化合物。加入质量分数为1.2%的Y可使Mg-5.5Al合金的晶粒直径由333μm细化到171μm。当合金中Y加入量超过1.2%时,基体中的Al2Y相逐渐偏聚长大,从而降低晶粒细化效果。     

Al对铸态Mg-9Gd合金组织和力学性能的影响

研究了铸态Mg-9Gd-xAl合金组织及力学性能变化规律.研究表明,当Mg-9Gd合金中添加的Al含量小于1.0％时,晶粒尺寸随Al含量增加急剧减小,而当Al含量大于1.0％时,其细化晶粒效果不明显.添加Al元素后会改变合金中第二相的分布以及形态,随着Al含量的增大,短棒状的Mg5Gd相逐渐减少并最终消失;而Mg-Gd...     

添加微量锆、铒对铸造Al-8.25Zn-2.4Mg-2.3Cu合金组织与力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射等方法研究了微量Er和压元素对Al-8.25Zn-2.4Mg-2.3Cu合金铸锭组织的细化作用及其细化机制,同时考察了微合金化元素对试验合金力学性能的影响.结果表明:单独添加Zr对Al-8.25Zn-2.4Mg-2.3Cu合金铸锭组织有一定的细化作用,而复合添加Zr和Er则对Al-8.25Zn-2.4Mg-2.3Cu合金铸锭组织产生强烈的细化效果,分析表明其细化效应与合金凝固过程中Al8Cu4Er相、Al3Er相和Al3Zr等复合质点的析出及微量元素在凝固界面前沿的富集有关.经过T6处理,Al-8.25Zn-2.4Mg-2.3Cu-0.18Zr-0.40E哈金的抗拉强度σb为600 MPa;延伸率达到8%.与7075合金相比,试验合金的强度与塑性均获得大幅度提高.     

稀土元素Sm对Mg-Zn-Y合金组织结构和力学性能的影响

制备了Mg-6Zn-1.5Y-0.8Zr-xSm(x=0,1,2,3)系列合金,研究了稀土元素Sm对Mg-6Zn-1.5Y-0.8Zr合金组织结构和力学性能的影响.通过金相显微镜、扫描电镜、EDS、XRD等观察和分析了合金的微观形貌和组织结构,测量了合金抗拉强度、屈服强度和伸长率等力学性能.结果表明:合金中添加稀土元素Sm后晶粒有了明显的细化,随着Sm元素含量的增加,晶粒细化效果更为明显;通过XRD分析,添加Sm元素后,合金中并没有出现新的含Sm的物相,通过扫描电镜和EDS分析表明,合金中加入的Sm置换了部分Y,形成了Mg3( SmY)2 Zn3,Mg3( SmY) Zn6的相结构,Sm元素对Y的置换主要出现在Mg3( SmY) Zn6结构当中,在Mg3 (SmY) Zn6相结构出现较少;力学性能测试结果表明,随着Sm含量增多,合金晶粒细化,细晶强化作用明显,合金屈服强度逐渐增大,而抗拉强度和伸长率在Sm含量为2％时达到最大,比未添加Sm元素时提高约15％以上.     

添加Gd、Ho对烧结Nd-Fe-B磁体微结构与性能的影响

在Nd-Fe-B合金中添加Gd、Ho元素,可促进Nd2Fe14B柱状晶的生长,使富Nd相分布均匀,细化磁体的晶粒。添加Ho对磁体内禀矫顽力提高较好,添加Gd对磁体J-H退磁曲线的方形度提高较好,但磁体的剩磁与磁能积会降低。Gd、Ho的添加可以降低磁体的开路磁通不可逆损失,使得磁体具有较好的热稳定性。     

Sc、Zr复合改性对A356铝合金组织和性能的影响

在A356合金成分基础上添加Zr和Sc,获得Al-7Si-0.3Mg-0.2Zr-xSc铸造合金。使用光学显微镜、场发射扫描电镜、XRD物相分析、维氏硬度测试、拉伸试验等方法,研究了不同Sc浓度下合金组织和力学性能的变化。结果表明,随着Sc含量的增加,生成的Al_3(Sc,Zr)化合物起到晶粒细化作用,共晶区的硅相形貌由松散粗大的针片状改善为细密短棒状结构,α-Al基体晶枝晶尺寸减小,二次枝晶臂间距减小至18.5μm。然而,过量Sc影响了合金的整体综合力学性能,当Sc浓度增加至0.3%时,合金性能下降。以0.2wt.%Zr、0.2wt.%Sc加入量合金的力学性能最佳,其硬度69.4HV、抗拉强度229MPa、伸长率10.5%。     

Nd含量对Mg-5.0Y-xNd-0.6Zr合金组织性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)和室温拉伸研究了稀土Nd含量对Mg-5.OY-xNd-0.6Zr(x=0,1.0,1.8,2.6,3.4,4.2,质量分数/%)合金铸锭微观组织和力学性能的影响.结果表明:随着Nd含量增加,合金的平均晶粒尺寸从33.5μm减小到19.2μm,基体内固溶的Y和弥散分布的Mg24Y5颗粒减少,晶界上不连续网状分布的β相增多;合金的抗拉强度先增大后减小,而屈服强度先增大后趋于不变.,其最大值分别为214.5 MPa和102.8 MPa,延伸率和断面收缩率基本呈直线下降,分别从16.4%和23.8%降低到4.9%和2.7%;凝固过程中Nd、Y原子在固液界面前沿富集造成成分过冷度增大以及它们对晶粒生长的抑制作用增强是Nd细化合金晶粒的主要机理.     

Sc、Zr、Ti复合合金化对Al-5Mg 合金组织和性能的影响

通过向合金中单独或联合添加微量的Sc、Zr、Ti,研究了Sc、Zr、Ti复合合金化对Al-5Mg合金微观组织、再结晶抗力及力学性能的影响.研究结果表明合金中单独添加0.2%Sc,使合金的再结晶抗力、硬度和强度明显增加而塑性明显下降,但对合金没有晶粒细化效果.Sc、Zr复合合金化明显改善了Sc对晶粒的细化能力和再结晶抗力,合金的强度和硬度也进一步增加,但对塑性的影响不大.添加0.036%Ti进行Sc、Zr、Ti复合合金化使合金具有最佳的晶粒细化效果和再结晶抗力,但对合金的力学性能影响不大.原因在于Sc、Zr、Ti复合合金化降低了Al-Al3Sc共晶点,而且Zr、Ti可以代替部分Sc形成Al3Sc1-xZrx或Al3Sc1-xTix复合粒子,有利于凝固过程中形成与α-Al具有良好晶格匹配性的一次Al3Sc1-xZrx或Al3Sc1-xTix复合粒子及挤压和退火过程中二次复合粒子的析出.这些大量的、弥散分布的、与基体共格的粒子可以有效地阻止位错的运动和亚晶界的迁移,从而产生良好的细晶强化、弥散强化和亚结构强化效果.     

RE/Zn比值对Mg-9Gd-2Nd-xZn-1Zr合金组织和力学性能的影响

设计Mg-9Gd-2Nd-xZn-1Zr合金(x=0, 1.1%, 1.6%, 2.3%, 4.6%,质量分数),对应的RE/Zn原子比分别为：不含Zn、1∶1、2∶1、3∶1和4∶1,通过改变RE/Zn比值来调控固溶态Mg-9Gd-2Nd-xZn-1Zr合金中LPSO相和共晶相的体积分数,探明固溶处理过程中层片状的LPSO相的调控及形成机理,改善合金的综合力学性能。通过OM、SEM、TEM以及室温拉伸实验,研究不同RE/Zn比值对铸造Mg-9Gd-2Nd-xZn-1Zr合金组织和力学性能的影响。结果表明,在未加Zn时,铸态合金组织由α-Mg、Mg₅RE和富稀土相组成,随着Zn的加入Mg₅RE相转化为(MgZn)₃RE相,且第二相的体积分数显著提高。对铸态合金固溶处理后,不含Zn的合金第二相完全溶于基体,而随着Zn含量增加,晶界处残余的共晶相逐渐增加,并在晶粒内形成层片状的LPSO结构相,当RE/Zn原子比为3∶1时,合金室温屈服强度、抗拉强度和伸长率分别122 MPa、228 MPa和14.0%,此时具有最佳的综合力学...     

微量的Zr和Y在Al-Si合金中的合金化作用

通过力学性能测试和显微组织观察研究了Al-Si合金中微量的Zr和Y的合金化作用。结果表明,单独添加Y和单独添加Zr均使合金的初晶Si、共晶Si及枝晶细化,合金的强度提高,但Y的单独作用比Zr强;Zr和Y共同加入产生的细化效果最好,合金的强度最高。     

超声处理对稀土掺杂AM60B镁合金组织及力学性能的影响

在AM60B镁合金熔炼过程中加入混合稀土Y,Gd并辅以超声熔体处理工艺制备合金,利用光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)和万能试验机,研究了添加复合稀土和超声处理对镁合金微观组织和力学性能的影响,分析了其作用机制。结果表明,添加混合稀土Y,Gd后,未经超声处理的试样,稀土化合物存在于合金组织中,阻碍了位错和晶界滑移,α-Mg基体晶粒明显细化,β相减少,合金抗拉强度σ_b和延伸率δ分别达到257 MPa和9%,强度提高约20%。施加超声处理能进一步细化合金组织,使得α-Mg基体晶粒更加等轴细小,抑制β相在晶界处的连续网状分布。稀土相趋于弥散均匀分布,促进了稀土元素的细晶强化作用,使合金抗拉强度提高到269 MPa,延伸率达到11%。当稀土添加量超过一定范围后,稀土相开始粗化并割裂基体,这时超声处理对合金组织的改善作用有限,合金力学性能呈现下降的趋势。     

添加Nd元素对Ti-6Al-4V-2Cr合金组织细化的影响

采用冷等静压–真空烧结法制备Ti-6Al-4V-2Cr-1Nd合金,然后进行固溶及时效热处理,通过实验与最小错配度理论计算,研究Nd元素对该合金组织细化的影响,并分析细化机理。结果表明,添加1%(质量分数)的稀土元素Nd后,析出相Nd2O3能有效促进晶粒细化。二维错配度的计算结果证明析出相Nd2O3是有效的形核剂,可促进非均匀形核,增加形核率,从而使晶粒细化。通过对合金试样薄区进行高分辨率观察,发现另一种絮状的、非常细小的、弥散分布的Nd2Ti4O11相,由于其界面错配度较低,也可作为非均匀形核的核心,促进形核,起到细化晶粒的作用。     

Nd对Mg-11Li-3Al-2Zn-0.2Zr合金组织、力学性能及腐蚀行为的影响

研究稀土Nd对均匀化态Mg-11Li-3Al-2Zn-0.2Zr合金组织、力学性能及腐蚀行为的影响.通过真空感应熔炼制备镁锂合金铸锭, 经均匀化处理(280 ℃, 24 h)得到均匀化态Mg-11Li-3Al-2Zn-xNd-0.2Zr(x=0, 0.5, 1.0, 1.5)合金.采用XRD和SEM分析合金的显微组织, 并对合金进行拉伸试验和断口分析.采用电化学法和析氢失重法研究合金在3.5 %NaCl溶液中的腐蚀行为.结果表明:Mg-11Li-3Al-2Zn-0.2Zr合金主要含有β-Li、AlLi、MgLi₂Al相, Nd的加入使合金中形成NdAl3相.随着Nd含量的增加, 合金的强度和塑性呈先增大后降低的趋势. Mg-11Li-3Al-2Zn-1Nd-0.2Zr合金表现出较优的力学性能, 其抗拉强度和延伸率相对于Mg-11Li-3Al-2Zn-0.2Zr合金分别提高了28.8 %和51.3 %.稀土Nd的添加使合金的耐蚀性能提高.      

EW75镁合金高温扩散动力学研究

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(XRD),观察EW75合金大型铸锭原始态及高温热处理之后的组织及成分分布,以进行稀土元素在EW75合金中高温扩散动力学的研究。结果表明:EW75铸态合金中存在较为严重的局部偏析,大量非平衡凝固共晶组织在晶界处富集,Gd,Y,Nd在合金中的分布很不均匀,铸态组织呈大块的骨骼状,由α-Mg基体、Mg24Y5、Mg5Gd和Mg41Nd5非平衡凝固相组成,铸态合金晶粒尺寸约为100μm;在505及520℃保温24 h之后依然有较多未溶相残留在晶界上,由于温度稍微偏低,共晶组织未能完全溶解并分散到基体中;经过535℃,20 h高温热处理之后,共晶组织基本分解完全,稀土元素较为均匀地分布在基体中,晶粒长大非常明显;采用(EDS)分析测得各合金元素在EW75中的浓度分布,发现合金元素在EW75中成一定的规律分布,通过动力学方程计算得出了Y,Gd,Nd元素在不同温度下的lnδ-t关系曲线并进行线性拟合,最终得出Gd,Y,Nd在不同温度下的扩散系数。     

铝锂合金高强化成分设计

总结了铝锂合金高强化成分设计的发展过程,综合了课题组主合金元素Cu、Li含量,微合金元素Mg、Ag、Zn及稀土(RE)元素等对Al-Cu-Li系铝锂合金力学性能及析出相影响规律的研究结果。铝锂合金中Cu/Li比例较低时有利于时效时δ′相(Al3Li)析出,但不利于强度的提高;而Cu/Li比增加则有利于时效时T1相(Al2CuLi)及θ′相(Al2Cu)析出,从而有效提高铝锂合金的强度。微合金化元素Mg能有效促进T1相形核析出,加速铝锂合金时效响应速度,提高T1相析出密度,进而提高铝锂合金强度;Mg+Ag及Mg+Zn复合添加能进一步促进T1相析出,提高T1相分布密度;Mg+Ag+Zn三元复合微合金化具有最好的促进T1相形核析出及提高铝锂合金强度的效果。在高Cu/Li比铝锂合金中添加微量RE元素将导致时效时含Cu强化相T1相及θ′相减少,降低铝锂合金强度。铝锂合金高强化成分设计的思路应是在Mg、Mg+Ag、Mg+Zn或Mg+Ag+Zn微合金化基础上,提高Cu+Li总量并保持较高Cu/Li比。     

添加Nd元素对钛合金析出行为的影响规律

通过粉末冶金方法(冷等静压—真空烧结)制备钛合金Ti-6Al-4V-2Cr-1Nd,经过固溶-时效热处理后,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)分析合金的微观组织、物相的组成及析出相的形核特点,研究添加稀土元素Nd对析出相的影响。实验结果表明,在添加1%Nd(质量分数)元素后,钛合金组织得到了明显细化;通过合金细化成核理论分析发现,添加稀土元素Nd后,固溶时效中Nd_2O_3可以作为形核的基础,促进形核,所以稀土Nd元素可以有效促进非均匀形核,主要析出相Nd_2O_3有利于晶粒的细化,是有效的形核剂;在高分辨透射电镜下对离子减薄后的试样进行观察,通过对合金的形貌和析出物进行傅里叶变换(FFT)和反傅里叶变换(IFFT)分析,得到清晰的原子排列图,发现析出相Nd_2O_3与基体α-Ti之间存在平行相界面,经分析为半共格界面。     

微量元素对H65合金铸态晶粒尺寸的影响

以H65铸态合金为研究对象,添加不同含量的微量元素(Ti、Zr、Y、Co)。采用定性比较和定量测量的方式对合金铸态晶粒尺寸进行了分析。结果表明:Ti、Zr、Co三种元素的添加,对H65合金铸态组织可以起到细化作用;其中,以Zr元素的细化效果最为明显,添加量为0.10 %时,细化后的铸态平均晶粒直径仅为65.98 μm,是未添加时的17.3 %。