纳米SiC对铜模喷铸镁合金组织及热稳定性的影响

利用铜模喷铸与高真空感应熔炼技术,制备出不同冷速条件下纳米SiC_p增强AZ91合金非平衡凝固试样。结合400℃等温固溶处理,系统研究了纳米SiC_p颗粒对镁合金凝固组织细化及热稳定性的影响。结果表明,铜模快冷作用下,纳米SiC_p使得镁合金的晶粒尺寸得到显著细化。当铜模内径为2mm时,1%的SiC_p纳米颗粒添加后AZ91合金晶粒尺寸能细化至5μm。SiC_p在合金凝固过程中既作为异质核心又能钉扎晶界阻碍晶粒生长,两者共同作用导致晶粒尺寸明显细化。细晶镁合金经400℃不同时间固溶处理后结果发现,添加纳米SiC_p的合金高温条件下晶粒生长缓慢,保温8h后平均晶粒尺寸仅为12μm,亚稳细晶组织的热稳定性得到有效提高。     

铜模激冷SiCp/AZ91镁合金晶粒细化及固溶组织演化

采用Si C颗粒添加与铜模喷铸相结合的方法,提高快冷条件下熔体的异质形核潜力,制备出亚快速凝固镁合金细晶组织。在此基础上,对比研究了热处理温度(320、370和400℃)对晶界离异共晶β-Mg_(17)Al_(12)相动态固溶过程的影响。结果表明,亚快速凝固AZ91+1%SiC(质量分数)合金经320℃/2 h处理后固溶不完全,仍然保留原始不规则花瓣状组织,少量基体相中出现细小条纹。370℃/2h处理后晶界消失速率加快,同时存在少量晶界残留区域。400℃/2 h处理后可得到单相α-Mg固溶体,组织为细小多边形等轴晶。添加2%SiC后,激冷合金的晶粒细化效果提高,高温原子扩散距离缩短,有利于固溶过程进行。SiC的添加及组织的细化使得铜模喷铸镁合金显微硬度值提高28.75%,固溶处理后晶界相的消失导致合金硬度值下降。     

固溶工艺和纳米SiC添加对快冷AZ91镁合金组织及性能的影响

采用铜模喷铸快冷法制备了添加纳米SiC的AZ91镁合金试样,研究不同固溶工艺对其组织及性能的影响。结果表明:铜模激冷与纳米SiC的添加可共同促进快冷镁合金的凝固组织发生细化,形成细小均匀的粒状晶形貌。经320℃等温处理8 h后,快冷AZ91+2 mass%纳米SiC合金发生不完全固溶现象,晶界处存在大量β-Mg_(17)Al_(12)相,同时晶粒内部形成弥散分布的沉淀析出相。随固溶温度提高,原子扩散速率的增加有利于β相向α-Mg基体中溶入,经370℃/4 h等温热处理后固溶效果明显,非平衡凝固组织基本转变为多边形等轴晶形貌。当固溶温度进一步升高到400℃时快冷镁合金中可获得单相固溶体组织,同时纳米SiC的存在有效提高了细晶组织的热稳定性,快冷合金的平均晶粒尺寸仅为9μm,高温晶粒长大行为得到有效抑制。     

Ce及铜模快冷对AZ91合金组织及热稳定性的影响

采用铜模喷铸与等温热处理相结合,对比研究不同冷速及固溶处理条件下稀土Ce在AZ91镁合金中的存在形式及稀土相的演变行为,揭示Ce对快冷镁合金组织的细化及热稳定性的影响。结果表明,稀土Ce在凝固界面前沿富集,抑制晶粒生长并促进形核,导致镁合金组织细化,但含量过高时会形成针状Al_(11)Ce_3相,降低成分过冷,不利于组织细化。由于过冷度的增加及凝固潜热对形核抑制影响的减弱,铜模喷铸镁合金晶粒细化显著,并且过饱和固溶体的形成可有效避免针状稀土相的形成。经420℃固溶处理后,颗粒状Mg_(12)Ce化合物的析出可有效抑制高温晶粒长大,提高快冷镁合金细晶组织的热稳定性。     

纳米SiC参与下亚快速凝固镁合金沉淀相析出行为

采用铜模喷铸与等温热处理相结合,研究了加入2%纳米SiC的AZ91合金的亚快速凝固及其时效析出行为,揭示了SiC对快冷镁合金中晶粒细化与沉淀相形成的影响。结果表明,采用铜模激冷和添加SiC可有效促进镁合金晶粒细化,降低溶质偏析,抑制晶界离异共晶β相。经200℃×2h时效,由于SiC提高了快冷合金中的位错密度和晶格畸变能,沉淀相以不连续颗粒状形式沿晶界析出,原始过饱和固溶体中溶质含量下降。当时效时间延长到16h,原子扩散充分,合金中出现不连续析出和连续析出共存模式,其中前者形成垂直于晶界分布的长条状沉淀相,后者在晶粒内部形成无方向性的颗粒或短棒状沉淀相,并导致合金基体硬度显著提高。     

热处理温度对含纳米Si C的快冷镁合金固溶组织影响

采用铜模喷铸与等温热处理相结合,制备出纳米SiC参与下快冷镁合金细晶组织,研究热处理温度对非平衡凝固镁合金固溶组织转变的影响及其高温晶粒长大行为。结果表明:提高冷速与添加纳米SiC可实现镁合金的复合细化,有利于形成细小花瓣状组织。经320、370和400℃等温处理2 h后,快冷AZ91+2%纳米SiC合金从不完全固溶向完全固溶发生转变,溶质偏析程度降低,同时,晶界β-Mg_(17)Al_(12)相不断消失,最终获得多边形等轴晶组织。由于纳米SiC对晶界迁移起到良好的抑制作用,亚稳细晶组织的高温晶粒长大行为得到有效控制,其中经400℃固溶8 h后的平均晶粒尺寸仅为13μm,快冷合金的热稳定性得到显著提高。     

非平衡凝固AZ91+0.75%Er镁合金及其热处理

采用铜模喷铸技术制备出AZ91+0.75%Er(质量分数)稀土镁合金非平衡凝固试棒,研究了低温时效及高温固溶对合金组织和显微硬度的影响规律。结果表明,稀土元素的添加及冷却速率的提高均有利于细化AZ91镁合金组织,其中后者影响效果更加明显。急冷条件下的溶质截留效应还可以消除铸态稀土镁合金中的Al-Er针状化合物相。非平衡凝固合金经200℃时效处理后,β相从过饱和固溶体中析出。时效16 h后,Mg-Er稀土化合物相以颗粒团聚状从基体中形成。420℃固溶处理时,非平衡凝固合金中β相发生溶解,晶粒形貌转变为多边形等轴晶组织,平均晶粒尺寸随固溶时间的延长而不断增加。非平衡凝固及后续时效处理可有效提高稀土镁合金的显微硬度,而固溶条件下合金硬度值有所降低。     

Si对喷射成形AZ91镁合金微观组织的影响

在保护气氛中采用喷射成形技术制各AZ91和AZ91+2.0%Si镁合金,采用OM、SEM、XRD及TEM等技术分别对合金的微观组织进行观察和分析.结果表明:与相同成分的铸造镁合金相比,喷射成形技术显著细化合金组织;喷射成形沉积态AZ91镁合金具有均匀、细小的等轴晶组织,平均晶粒尺寸约为17 μm,离异共晶β-Mg17Al12相在晶界的偏析被有效改善:对于喷射成形AZ91+2.0%Si镁合金,喷射成形过程中高的冷却速度抑制了Mg2Si相的长大,细小的Mg2Si相呈现为近球形或多边形态,与基体结合良好且弥散分布,并可以作为а-Mg异质彤核核心,使合金组织得到充分细化.     

SiC颗粒参与下亚快速凝固镁合金组织与性能研究

采用真空感应熔炼与阶梯型铜模喷铸相结合方式,制备出SiC颗粒参与AZ91镁合金非平衡凝固试样,研究了异质颗粒含量与铜模冷速协同作用下亚快速凝固合金的组织演化规律。结果表明,相同铜模内径条件下,SiC颗粒的加入可以有效细化镁合金的凝固组织。400℃固溶处理后,晶界处β-Mg17Al12相消失,初生α-Mg晶粒由细小粒状分布向多边形组织发生转变。由于SiC颗粒对晶粒长大的钉扎效应,保温2h后原始细晶组织得以保存,晶粒尺寸趋于均匀。随铜模内径降低,冷却速度增大,合金细化效果更加明显。当SiC含量2wt%,铜模内径2mm时,非平衡凝固镁合金的显微硬度值最高,可达142Hv,相比铸态提高了87%。     

微米/纳米SiC影响下非平衡凝固镁合金形核及组织细化

采用真空感应熔炼与阶梯铜模喷铸相结合,制备出微米/纳米Si C参与下快冷镁合金,研究SiC尺寸对非平衡凝固镁合金异质形核及组织细化的影响。结果表明:冷速的提高与Si C的添加共同促进镁合金的复合细化,其中铜模喷铸条件下微米SiC的细化效果更佳。当铜模内径d_i=4 mm,添加2%的微米Si C(质量分数)后快冷镁合金平均晶粒尺寸减小到5μm以内。经(400℃, 2 h)等温固溶处理后,快冷合金晶界处的离异共晶β-Mg_(17)Al_(12)相消失,初生α-Mg晶粒由细小蔷薇状向多边形组织发生转变。通过枝晶生长与溶质截留模型的理论计算,铜模喷铸条件下获得的过冷度范围为67～80K,所对应的临界形核半径为0.115～0.116μm,因此,更有利于微米Si C对镁合金的组织细化。     

含SiC颗粒亚快速凝固镁合金的组织与性能

采用真空感应熔炼与阶梯型铜模喷铸方式,制备出含SiC异质颗粒的AZ91镁合金非平衡凝固试样,研究了异质颗粒与铜模冷速协同作用下亚快速凝固合金的组织演化规律。结果表明,在铜模相同内径条件下,SiC颗粒的加入可以有效细化镁合金的凝固组织。400℃/2 h固溶处理后,晶界处β-Mg_(17)Al_(12)相消失,初生α-Mg晶粒由细小粒状分布向多边形组织发生转变。由于SiC颗粒对晶粒长大的钉扎效应,固溶处理后原始细晶组织得以保存,晶粒尺寸分布趋于均匀。随铜模内径减小,冷却速度增大,晶粒细化效果更加明显。当SiC含量为2%,铜模内径为2 mm时,非平衡凝固镁合金的HV显微硬度值最高,可达1.42 GPa,相比铸态提高了87%。     

铜模喷铸AZ91+0.75Ce合金快冷组织及其热稳定性

采用铜模喷铸制备了AZ91+0.75Ce快冷合金,研究了热处理温度及保温时间对合金非平衡组织热稳定性的影响.结果 表明:铜模喷铸显著降低了镁合金的晶粒尺寸及二次枝晶间距,抑制了晶界β相形成并有效改善了A1-Ce稀土相形貌.经320℃时效处理后,快冷合金的晶界处优先形成不连续析出β相,其体积分数随时效时间的延长而增加,同时晶粒内部形成细小弥散的Al-Ce相.当时效温度升高到370℃时,快冷合金中初生α-Mg相形貌由枝晶转变为细小多边形,β相体积分数显著下降.由于Al-Ce析出相对高温晶粒生长的钉扎效应,快冷合金细晶组织的热稳定性得到提高.由于细晶强化和固溶强化的综合影响,快冷合金显微硬度为103 HV0.2,相比铸态合金提高了43％.经320℃时效处理8h后,晶界的不连续析出β相及晶内连续析出的Al-Ce相导致合金硬度增加到129 HV0.2,相比原始快冷合金提高了25.2％.     

时效温度对非平衡凝固K424合金析出相及硬度的影响

采用铜模喷铸与等温时效相结合的方法,研究了快冷K424高温合金的非平衡凝固组织及其沉淀相析出行为。结果表明,铜模喷铸合金组织发生了显著细化,二次枝晶间距相比铸态大幅降低,溶质偏析的减弱有利于抑制粗大碳化物及共晶组织形成。随铜模内径下降,枝晶形貌由无方向性等轴晶逐渐转变为择优生长的定向枝晶。经800~1000℃等温时效30min后,快冷合金的过饱和固溶体组织中开始析出γ′相。随时效温度提高,沉淀相尺寸及体积分数同时增加。900℃×30min时效后可获得大量细小均匀的球形γ′相,快冷合金的显微硬度(HV)高达478,相比原始非平衡态合金提高了13%。     

铜模快冷与SiC复合作用下镁合金的晶粒尺寸

采用真空感应熔炼与阶梯型铜模喷铸相结合,制备出添加SiC颗粒增强亚快速凝固镁合金试样。通过等温固溶处理,定量分析了冷速及细化剂含量共同影响下镁合金晶粒尺寸变化的规律,并对相关细化机理进行了讨论。结果表明,铜模喷铸镁合金快冷组织主要由细小粒状晶组成,经400℃×2h固溶处理后转变为多边形等轴晶组织。随铜模内径降低,凝固冷速提高,有效形核分数的增大导致镁合金晶粒尺寸下降,分布趋于均匀。当添加2%的SiC时,4mm铜模内径对应的镁合金晶粒尺寸可细化到4μm,并形成整体细晶组织。     

C_2Cl_6、Ba复合处理对AZ91镁合金组织和力学性能的影响

研究了C2Cl6、Ba复合处理对铸造AZ91镁合金组织和性能的影响.C2Cl6高温分解生成C,而C与Al反应生成Al4C3,起到异质形核的作用,细化合金晶粒;Ba聚集在同液相界面之间,阻碍晶粒长大以细化晶粒.试验结果表明,AZ91镁合金经过Ba和C2Cl6复合处理后组织得到明显细化,平均品粒减小到30μm,与未处理过的合金品粒(94μm)相比,减小了68.1%;合金的综合力学性能得到了提高.抗拉强度提高了25.6%,伸长率提高了10.3%.     

热处理对压铸AZ91D合金组织及硬度的影响

研究在线淬火、离线固溶处理(420℃×1 h在水中快冷)和时效处理(190℃×4 h空冷)对压铸AZ91D镁合金组织及硬度的影响。结果表明:在线淬火和离线的时效处理可提高压铸AZ91D合金的布氏硬度,但是离线固溶处理使合金硬度下降;在线淬火和时效处理后合金的组织与压铸AZ91D基本相同,仍由α-Mg及β-Al12Mg17组成。在压铸镁合金冷却过程中在线淬火使温度急剧降低,增强了Al元素固溶强化的效果;而时效处理通过Al12Mg17分解后重新析出并细化了晶粒,增强了细晶强化的效果。离线的固溶处理Al12Mg17分解后虽然固溶强化效果增强但是晶界强化相大幅减少,导致合金硬度降低。     

Ce对AZ91镁合金组织演变及力学性能的影响

对AZ91镁合金进行稀土合金化设计、熔铸、塑性加工、热处理及力学性能试验,分析了稀土Ce对铸态AZ91镁合金晶粒大小、枝晶间化合物分布的影响,研究合金凝固过程中离异共晶形成及塑性变形后的组织演化及性能。结果表明,少量稀土(0.2%的Ce)能细化AZ91合金的晶粒尺寸,提高AZ91挤压板材的时效硬化速率,而Ce含量增加到0.5%后,AZ91挤压板材的时效硬化速率降低;在过时效阶段,挤压板材硬度下降是因为Ce的作用,稀土Ce对合金的过时效有较好的抑制作用。     

均匀化退火对AZ91D镁合金组织与性能的影响

为改善铸态AZ91D镁合金的不均匀组织,对铸态试样进行了均匀化退火处理.结果表明,经380-420℃, 8～40h的均匀化处理后,枝晶偏析大部分消除;再经缓慢冷却,β相以细小的针状或层片状脱溶析出.经布氏硬度测试,退火析出后合金硬度由铸态的67.5HB提高到80HB;力学性能测试结果表明,经均匀化退火处理后合金的屈服强度变化不大,抗拉强度由铸态的173MPa增加到259MPa,伸长率则由2%增加到8%.p相形态及分布的改变是AZ91D镁合金力学性能增强的主要原因.     

退火处理对冷拉拔亚微米晶Cu-5wt%Cr合金组织与性能的影响

对冷拉拔的亚微米晶Cu-5wt%Cr合金丝材进行350～1000℃退火处理,用透射电镜分析了退火后合金回复与再结晶以及Cr相析出的变化,并测定合金硬度、强度、伸长率和电导率的变化.结果表明,冷拉拔的亚微米晶Cu-5wt%Cr丝材在450 ℃左右退火后析出大量Cr相颗粒,其再结晶软化温度为480～560℃.经550℃退火,得到了晶粒尺寸为200～300 nm的再结晶组织.其电导率在550℃左右退火时出现峰值.冷拉拔的亚微米晶Cu-5wt%Cr丝材在600 ℃以上退火,其组织和性能趋于稳定.经800 ℃高温退火,Cu基体晶粒长大到500～600 nm,仍保持在亚微米级.Cr相颗粒有阻碍Cu基体晶粒长大的作用,从而使亚微米晶Cu-5wt%Cr的组织和性能比较稳定.     

非平衡凝固AZ91D镁合金热稳定性及力学性能

采用铜模喷铸技术制备出AZ91D镁合金非平衡凝固试样,并对其热稳定性进行了研究。采用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析仪及维氏显微硬度计对不同温度热处理镁合金的晶粒形貌、溶质含量及显微硬度变化进行对比研究。实验结果表明,当热处理温度200℃,保温时间240 min时,晶粒形貌未发生明显变化,但由于时效效应的存在,导致过饱和α-Mg固溶体中沉淀相析出,Al元素溶质含量有所下降,合金显微硬度略有升高。相同保温时间条件下,随热处理温度升高,β-Mg17Al12共晶相体积分数不断降低,固溶到基体中导致Al元素含量增加。与此同时,初生α-Mg相晶界逐渐清晰并发生明显的晶粒长大现象,合金显微硬度呈整体下降趋势。