时效Mg-8.14Zn-1.44Y-0.5Zr合金高温摩擦磨损性能研究

镁合金在航空航天、汽车及通讯领域有着广泛的应用, 为进一步改善镁合金的耐磨性,在不同温度下对Mg-8.14Zn-1.44Y-0.5Zr合金进行了时效处理,并测试了铸态和时效态合金的硬度及高温条件下摩擦磨损行为.采用扫描电子显微镜对不同载荷及环境温度条件下合金的摩擦磨损表面进行观察,并分析了其磨损机制.结果表明：在240 ℃时,随着时效时间的增加,合金的硬度值呈现先增加而后降低的趋势,当时效温度为240 ℃,时间为12 h时,Mg-8.14Zn-1.44Y-0.5Zr合金具有最高的硬度值; 铸态合金的磨损体积损失明显高于时效态合金,两种合金的磨损体积损失均随载荷和环境温度增加而增大,且时效态合金发生严重磨损时对应的转变温度滞后于铸态合金; 环境温度低于250 ℃时,合金的磨损机制主要为磨粒磨损和氧化磨损,环境温度为300 ℃时,磨损机制变为剥层磨损和黏着磨损.时效处理可显著提高Mg-8.14Zn-1.44Y-0.5Zr合金的硬度及耐磨性.     

3种镁合金高应变率压缩性能的比较

在应变率102～103s-1范围,研究比较了Mg-0.6Zr、Mg-3Al-6Zn-0.3Mn-2Y、Mg-8Zn-0.6Zr-5Y 3种镁合金的压缩性能及微观组织变化.研究发现,变形抗力、极限强度以及极限强度的应变率敏感性由大到小依次为:Mg-8Zn-0.6Zr-5Y＞Mg-3Al-6Zn-0.3Mn-2Y＞Mg-0.6Zr;塑性大小则与变形抗力大小相反;3种合金的微观组织应变率敏感性与力学性能应变率敏感性并不一致.     

添加元素对Mg-3Si合金组织影响

采用扫描电镜、X射线衍射对合金组织进行观察,研究在Mg-3Si(质量分数/%,下同)合金陆续添加Zn,Nd,Gd,Y元素后微观组织演变规律。结果表明:Mg-3Si合金中Mg_2Si粒子具有初生和共晶两种明显不同的形貌;添加3%Zn元素后的Mg-3.0Si-3.0Zn合金中,初生Mg_2Si粒子粗化,共晶Mg_2Si粒子完全消失;在Mg-2.0Nd-3.0Zn-3.0Si合金中,Nd元素的加入能有效地细化初生Mg_2Si粒子并生成少量的Mg_(41)Nd_5粒子;继续添加Gd,Y元素后,在Mg-8.0Gd-4.0Y-2.0Nd-3.0Zn-3.0Si合金中的Gd_5Si_3和YSi等粒子急剧增加而Mg_2Si粒子含量大大减少。通过Thermo-Calc热力学软件的热力学计算表明:Gd_5Si_3,YSi的吉布斯自由能低,Gd,Y原子与Si更容易形成化合物。在Mg-8Gd-4Y-2Nd-3Zn-3Si合金中,Gd_5Si_3,YSi,Mg_2Si三种化合物的室温吉布斯自由能分别为-9.56×10~4,-8.72×10~4,-2.83×10~4J/mol,粒子的质量分数分别为8.07%,5.27%,1.40%。     

Y对Zn-25Al-5Mg-2.5Si合金铸态组织及力学性能的影响

以Zn-25Al-5Mg-2.5Si合金为基体材料,通过常规铸造方法制备了加入不同含量稀土Y的锌铝合金.采用扫描电镜、拉伸试验机、硬度计等分析研究了稀土Y对合金显微组织和力学性能的影响.实验结果表明,添加稀土Y后,在锌铝合金中,其与Al、Zn等元素形成硬度高、热硬性好的复杂成分化合物,分散于晶界和枝晶中,细化了组织,有效地阻碍了高温时基体的变形和晶界移动.随着Y含量的增加,在室温、100℃和180℃时合金的抗拉强度基本呈先升后降的趋势.当Y含量为0.4%(质量分数)时合金的综合性能最好,高温强度和硬度显著提高.180℃时合金的抗拉强度比不加Y时提高了26.4%,硬度提高了47.8%.     

Al-Li合金高温抗氧化性能的研究

一、前言 Al-Li合金具有密度低、比强度和比钢度高等优点,在航空航天等领域有着广泛应用的前景。但由于Al-Li合金中含有Li、Mg等活泼元素在有氧的环境,特别是在温度较高的情况下,表面会发生严重氧化,形成一表面脱锂层。表面氧化会引起表面敏感性能的变化,使合金的拉伸强度、疲劳强度和硬度下降。从而影响了合金在高温下的使用。Be,Ca,Bi等元素可改善一般铝合金的抗氧化性能,为改善Al-Li合金的抗氧化性能,有人尝试在Al-Li合金中添加以上元素和La+Ce等,但都未取得明显效果。稀土元素作为我国的一种富有资源,在铝合金中已广泛应用,在Al-Li中的应用近几年国内也有所开展。Y是稀土族中密度较小的元素,我们的工作表明,加Y可明显改善Al-Li合金的室温和高温性能。本工作是在Al-Li-Cu-Mg-Zr合金中,添加了不同量的轻稀土元素Y,并采用高温氧化法研究了Y对合金抗氧化性能的影响。 二、实验方法     

稀土Y对Mg-4.9Zn-0.7Zr合金组织及力学性能的影响

制备了Mg-4.9Zn-0.9Y-0.7Zr及Mg-4.9Zn-0.7Zr合金,研究了Y元素对合金组织性能的影响.通过XRD,分析了合金的物相组成,运用OM,SEM观察了合金的微观组织、第二相形貌;通过EDAX对第二相化学成分进行了定性分析.研究结果表明,Y使得合金中有大量I相生成.热轧过程中,I相转变成弥散细小的颗粒,能有效钉扎位错,提高了材料的抗拉强度及屈服强度,同时合金仍然保持着良好的塑性.     

Ca和Y对Mg-1.5Zn合金热裂行为的影响

采用具有凝固收缩力和凝固温度采集系统的约束杆(CRC)热裂测试装置研究了Ca和Y(2%,3%,质量分数)两种元素对Mg-1.5Zn合金热裂行为的影响,并通过石蜡渗透法测定合金裂纹体积。实验结果表明Mg-1.5Zn合金中添加Ca和Y元素后,由于脆弱区凝固温度范围缩小(△T)使合金的热裂敏感性(HTS)显著降低。另外,随着Ca和Y含量的增加合金的热裂敏感性进一步降低。通过热裂区域的微观组织观察发现由于MgZn-3Ca和Mg-1.5Zn-3Y合金的低熔点共晶相增多使热裂纹可以在凝固末期被共晶液相补缩。热裂纹的微观断口表明热裂是由于凝固末期枝晶分离和液膜撕裂引起的,并且沿着晶界萌生和扩展。     

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％.     

挤压Mg-4.5Zn-0.75Y合金的热变形行为

为了研究只含准晶相Mg-Zn-Y合金的高温力学性能并获得其较优的加工参数,本文首先制备了含有I-Phase的挤压Mg-4.5Zn-0.75Y(原子数分数/%,下同)合金,并在Gleeble-3500热/力模拟实验机上对其高温变形行为进行了研究,实验温度为300、350、400℃,应变速率为0.01、0.1、1 s~(-1).在此基础上,建立了该合金的流变应力本构方程及DMM加工图,并结合压缩后的显微组织制定较优的加工工艺参数.结果表明:应变速率和加工温度对流变应力有显著的影响;挤压Mg-4.5Zn-0.75Y合金的平均变形激活能和应力指数分别为107.95 kJ/mol和3.996 6;挤压Mg-4.5Zn-0.75Y合金具有较好的热塑性,在实验条件下并没有发生失稳现象,说明准晶相的存在提高了合金的变形能力;压缩后的显微组织显示,当温度为300~350℃、应变速率0.1~1s~(-1)时,合金压缩后为均匀细小的等轴晶;综合Mg-4.5Zn-0.75Y合金的加工图与压缩后的显微组织图,确定了该合金热加工的较优工艺参数为:θ=300~350℃;ε·=0.1~1s~(-1).     

溅射Ni11Co26Cr6Al0.5Y涂层对镍基合金在1000 ℃氧化行为的影响

通过对有/无Ni11Co26Cr6Al0.5Y涂层镍基合金在1000℃进行氧化动力学曲线测定,及组织结构观察,研究了Ni11Co26Cr6Al0.5Y涂层对镍基合金高温氧化行为的影响。结果表明:高温氧化期间,合金发生外氧化和内氧化,外氧化层由NiO、NiCrO_4、CoWO_4构成,中间氧化物由TiO_2、Al_2O_3、NiWO_4构成,中间层氧化物层抑制了基体中Al元素向外扩散,形成平直连续的Al_2O_3内氧化物层;合金氧化动力学曲线呈现起伏波动的特征。镍基合金经溅射Ni11Co26Cr6Al0.5Y涂层,可有效改善合金的抗氧化性能;涂层的氧化动力学曲线仅在氧化初期有轻微增重而后趋于平稳,遵循抛物线规律,其形成的Al_2O_3氧化膜未发生明显剥落,仅在涂层内及近涂层/基体界面区域存在少量Al_2O_3内氧化物。     

High strength Al–Zn–Mg–Cu–Ni–Si alloy with improved casting properties

Abstract

The casting properties of high strength Al-7Zn-7Mg-1Cu-3Ni-3Si(wt-%) alloy are described. Compared with common Al-Zn-Mg-Cu alloys, an improvement of casting properties has been achieved by adding elements (Ni, Mg, Si) that form eutectic phases, thus reducing the solidification interval of the alloy. A comparison of thermal cooling curves, castability and hot tearing tendency has been carried out for three alloys: Al-7Zn-2Mg-1Cu (structure consists mainly of solid solution), quasi-ternary eutectic alloy Al-7Zn-7Mg-1Cu-3Ni-3Si and the common casting alloy Al-10Si. In addition, the effect of melt protection against oxidation on castability has been evaluated. It is shown that the casting properties of the protected quasi-ternary eutectic alloy are significantly better than those of the common Al-7Zn-2Mg-1Cu alloy and that they achieve a level close to that of Al-10Si alloy.     

Kinetic study on the surface oxidation of the molten Mg-9Al-0.5Zn-0.3Be alloy

Be addition make the oxide film formed on the molten magnesium alloy denser and tougher, thus the burning of the Mg during melting was suppressed. AES was employed to study the composition of the oxide film growing on the surface of the molten Mg-9Al-0.5Zn-0.3Be alloy. It was suggested that the surface oxide film could be divided to two layers: the outer MgO layer and the inner mixed layer consisting of MgO and BeO. Both experimental results and theory analysis indicated that the outer layer grew under parabolic law and the thickness almost kept unchanged during the steady growing state for the inner layer.     

Effects of icosahedral phase on mechanical anisotropy of as-extruded Mg-14Li (in wt%) based alloys

Through investigating and comparing microstructure and crystallographic texture of as-extruded Mg-14Li and Mg-14Li-6Zn-1Y(in wt%) alloys,the differences in their mechanical anisotropy were investigated.It revealed that the formation of I-phase(Mg_3Zn_6Y,icosahedral structure) can effectively refine grain size.Moreover,compared with Mg-14Li alloy,the texture type of Mg-14Li-6Zn-1Y alloy changed slightly,but its texture intensity decreased remarkably.As a result,the stronger texture contributed to the "normal" mechanical anisotropy of Mg-14Li alloy with higher tensile strength and a lower elongation ratio along transverse direction(TD) than those along extrusion direction(ED).However,for Mg-14Li-6Zn-1Y alloy,the zonal distribution of I-phase particles along ED caused "abnormal" mechanical anisotropy,i.e.higher tensile strength and better plasticity along ED.     

Development and microstructural characterizations of Mg-Zn-Ca alloys for biomedical applications

Mg-10Zn-1Ca, Mg-20Zn-1Ca and Mg-6Zn-1Ca alloys were processed from powders in an argon filled glove box. The solidification rate was varied. Fast solicitation resulted in very small grain size and continuous 3D network distribution of the secondary phase in grain boundary. The alloy processed from fast solidification had better corrosion resistance than those solidified at low cooling rates. It may be because of the increased Zn and Ca in magnesium grains when the alloy was quickly cooled down from its molten state. Liquid nitrogen quenching at the end of solution treatment also created better distribution of network shaped secondary phase than water quenched alloys. Moderate temperature in solution treatment is preferred because it did not cause too much grain growth but increased microhardness of the treated alloys. Alloy with lower Zn amount had better corrosion resistance in PBS solution in this study.     

稀土元素对轧制Mg–Zn–Zr合金板材微观组织和力学性能的影响

目的 为了使Mg–Zn–Zr合金在热加工过后具有良好的力学性能及变形各向同性,在Mg–2Zn–0.5Zr合金中添加不同含量的稀土元素,研究稀土元素对Mg–2Zn–0.5Zr合金轧制后微观组织和力学性能的影响规律,以解决变形镁合金织构强、变形各向异性强的问题。方法 通过添加不同含量（0.2%和0.8%,质量分数）的混合稀土元素,采用轧制的方法制备镁合金板材。通过SEM（扫描电子显微镜）、EDS（能谱仪）、EBSD（背散射电子衍射）和电子万能试验机等对镁合金板材的成分、微观组织、织构以及拉伸过程中的应力–应变曲线进行分析。结果混合稀土元素的添加会明显提高Mg–Zn–Zr合金板材的轧制成形性,可以起到细化晶粒、弱化轧制织构的作用,能够提高材料的伸长率并改善力学性能的各向异性。混合稀土元素会与Mg、Zn在晶界处形成第二相,但并不会影响稀土元素的织构弱化效果。与较低稀土元素（质量分数为0.2%）时相比,当混合稀土元素含量较高时（质量分数为0.8%）,合金材料的力学性能各向异性更优,这主要是由于添加较多的稀土元素,形成了{■}织构,使添加较多稀土元素的合金材料的织构强度更强。结论 随着混合稀土元素...     

Mg-3Zn-1Zr合金细径管材的挤压模具设计

基于Mg-3Zn-1Zr合金本构方程运用Defrom-3D软件对多种Mg-3Zn-1Zr合金细径管材的挤压模具参数的配合进行了有限元模拟分析。结果表明:挤压模入口圆角半径一定时,挤压模模角越大,挤压杆的载荷越小,挤压模圆锥段发生紊流现象越严重,挤压死区越大。挤压模入口圆角处的磨损最为严重,当挤压模模角为120°,挤压模入口圆角半径为2 mm时,模具磨损最小,挤压载荷和模具应力也较小。工作带长度超过4 mm时,随着工作带长度的增加,模具磨损深度显著增大,管材与模具易产生黏结,进而产生缺陷和变形不均匀。采用模拟优化的模具挤压出的Mg-3Zn-1Zr合金细径管材表面质量良好、尺寸精度高,说明基于Deform-3D有限元分析能够为实际模具设计与镁合金型材的生产提供可靠参考。     

含Sn稀土镁合金成分的正交设计研究

目的 为进一步扩大镁合金的应用范围,以ZM2为基础合金成分,引入Sn元素,设计一种性能优异且经济成本相对低廉的含Sn稀土镁合金。方法 采用正交试验设计方法,选取正交表L9,对Mg-Zn-Ce-Zr-Sn合金成分配比进行研究,综合考虑抗拉强度、延伸率、硬度3项指标,得出最优成分配比;对Sn元素的含量进行调控,对比分析合金组织及力学性能,验证当Sn元素的质量分数为0.2%～0.4%时,Mg-4.5Zn-1.2Ce-0.6Zr-x Sn合金的组织与性能是否最佳。结果 Mg-Ce-Zn-Zr-Sn合金的优选成分如下：Zn的质量分数为4.0%～4.5%、Ce的质量分数为1.2%～1.5%、Sn的质量分数为0.2%～0.4%。优选合金成分为Mg-(4.0～4.5) Zn-(1.2～1.5)Ce-0.6Zr-(0.2～0.4)Sn。极差分析及影响因素主次分析结果表明,新引入的Sn元素对合金的综合力学性能有着重要的影响。组织及力学性能分析结果表明,当Sn的质量分数为0.2%时,Mg-4.5Zn-1.2Ce-0.6Zr-x Sn合金具有最为优良的组织及力学性能,抗拉强度、延伸率、布氏硬度分别为212 M...     

Superplastic behavior of an ultrafine-grained Mg-13Zn-1.55Y alloy with a high volume fraction of icosahedral phases prepared by high-ratio differential speed rolling

An ultrafine-grained(UFG) Mg-13Zn-1.55 Y alloy(ZW132) with a high volume fraction(7.4%) of icosahedral phase(I-phase, Mg_3Zn_6Y) particles was prepared by applying high-ratio differential speed rolling(HRDSR) on the cast microstructure following homogenization. The alloy exhibited excellent superplasticity at low temperatures(tensile elongations of 455% and 1021% 473 K-10~(-3)s~(-1) and 523 K-10~(-3)s~(-1),respectively). Compared with UFG Mg-9.25Zn-1.66 Y alloy(ZW92) with a lower volume fraction of I-phase particles(4.1%), which was prepared using the same processing routes, the UFG ZW132 alloy exhibited a higher thermal stability of grain size. Rapid grain coarsening, however, occurred at temperatures beyond523 K, leading to a loss of superplasticity. The high-temperature deformation behavior of the HRDSRprocessed ZW132 alloy could be well described assuming that the mechanisms of grain boundary sliding and dislocation climb creep competed with each other and considering that the grain-size was largely increased by accelerated grain growth at the temperatures beyond 523 K.