准晶增强Mg-Zn-Y合金的ECAP变形组织及力学性能

镁及镁合金作为目前工业应用中最轻的结构材料之一,具有良好的应用前景,然而由于镁合金自身强度较低、抗氧化性能差以及高温抗蠕变性能差等问题,使其作为某些结构件的应用受到限制,为进一步扩大其应用,人们采用了多种方法来提高其综合力学性能.二十面体准晶相(简称Ⅰ-phase)由于其特殊的结构而具有优异的力学性能,如高强度、高硬度等,将Ⅰ-phase作为一种增强相引入到镁合金中可大大提高镁合金的力学性能,为新型镁合金的开发和实际应用提供了一种新途径.本文采用常规铸造法制备了含有粗大网状Ⅰ-phase和α-Mg两相组织的Mg-Zn-Y合金.研究了合金含量及Zn/Y比对Mg-Zn-Y合金显微组织和力学性能的影响,探讨了热处理工艺对合金中相析出行为及Ⅰ-phase热稳定性的影响.以时效处理后的Mg-Zn-Y合金为研究对象,研究了两种塑性变形工艺(常规热挤压和等径角挤压变形)对合金显微组织和力学性能的影响,并对合金的细化机制、断裂行为与强化机制进行了研究.研究结果表明,在Y含量为0.3%～2.0%(at),Zn含量为1.7%～6.0%(at)的富镁Mg-Zn-Y合金中,合金的铸态组织及相组成取决于Zn/Y比和Zn含量,Zn/Y比为6时,合金的铸态组织由α-Mg基体和晶界上富镁相与Ⅰ-phase两相共晶组织组成;在所研究的合金成分范围内,合金中Ⅰ-phase的形成及其体积分数与合金的凝固速度有关,采用快速凝固的方法得到的合金中,由于第二相的形核及长大受到抑制,形成的Ⅰ-phase的体积分数相对于常规铸造工艺下制备的合金中Ⅰ-phase的含量有所减少,同时发现,合金的极限抗拉强度和屈服强度随合金中Ⅰ-phase体积分数的增加而增加,但合金的延伸率略有降低;在400℃、24h的热处理工艺下,Mg95Zn4.3Y0.7合金基体上有球形Ⅰ-phase析出,且析出的Ⅰ-phase在随后的时效处理中表现出热稳定性;在190℃不同时效时间下合金基体中的析出相为密排六方结构的MgZn2相,其析出行为与Mg-Zn二元合金类似.Mg-Zn-Y合金的热挤压结果表明,通过挤压变形可以显著细化合金的晶粒组织,合金的晶粒大小可由变形前的40～60μm减小到8～15μm,在挤压过程中位于晶界的Ⅰ-phase被破碎并较均匀地分布在基体合金中,随着挤压比的增大和挤压温度的降低,晶粒进一步细化,Ⅰ-phase的弥散程度增加.挤压变形可以显著提高Mg-Zn-Y合金的强度、硬度和延伸率;随着挤压比的增大,合金的强度、硬度和延伸率均有所增加;在所研究的3种合金中,Mg95Zn4.3Y0.7合金在523K以25:1的挤压比挤压后,具有较高的力学性能,其极限抗拉强度为287MPa,屈服强度为203MPa,延伸率为14.1%.对于预挤压态Mg-Zn-Y合金的ECAP变形结果表明,ECAP对于预挤压态Mg-Zn-Y合金组织的细化是一个不断加强的过程,1道次ECAP变形后,在一些粗大晶粒之间分布着许多细小的晶粒,随变形道次的增加,原始粗大的晶粒消失,形成均匀细小的等轴晶粒,平均晶粒尺寸为1～3μm,同时在ECAP过程中Ⅰ-phase被破碎并呈弥散分布.ECAP变形1道次可以显著提高Mg-Zn-Y合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率,Mg95Zn4.3Y0.7合金ECAP变形1道次后力学性能指标σb=331MPa,σ0.2=223MPa,δ=19.4%.Mg-Zn-Y合金以A、BA、Bc、C等4种不同工艺路线进行8道次ECAP变形后的显微组织差异不大,均形成细小的等轴晶粒;4种工艺路线在1～8道次的变形过程中,合金的力学性能变化不同,对于路径A和BA,随着变形道次的增加,合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率变化幅度不大,对于路径BC和C,变形道次超过4次后,产生的变形织构的弱化作用导致合金的屈服强度迅速降低,但是合金仍保持较高的抗拉强度和延伸率.通过对ECAP变形过程中Mg-Zn-Y合金晶粒细化过程的分析,结合其力学性能的变化得出ECAP变形的细化机制和准晶相强化机制:ECAP对于准晶增强Mg-Zn-Y合金的细化机制主要是基体在不同变形路径下的连续剪切变形机制和准晶粒子对于基体的剪切及钉扎机制;准晶增强Mg-Zn-Y合金ECAP变形过程中存在3种强化机制:细晶强化、第二相粒子强化和位错强化,3种强化机制分别在ECAP变形的不同阶段起主导作用,在共同的强化作用下提高合金的强度.     

AZ31镁合金等通道转角挤压应变累积均匀性分析及组织性能研究

等通道转角挤压工艺(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)是通过剧烈塑性变形改变微观组织结构生产超细晶粒材料的材料加工方法,工件变形的均匀性一直是ECAP 工艺过程中影响材料性能的主要原因之一.采用空间转换法实现了AZ31镁合金多道次ECAP挤压过程中有限元分析相关场量的准确传递,完成了四种不同挤压路径ECAP多道次挤压工艺的有限元模拟,获得了相应挤压件累积等效应变的分布规律.研究确定了经过四道次ECAP挤压以后等效应变累积最为均匀的挤压路径.通过微观组织观察和室温拉伸力学性能实验探讨了不同路径多道次ECAP挤压AZ31镁合金的组织性能变化规律.分析结果表明通过合适的变形路径可以获得细小而均匀的微观组织,当材料的应变累积均匀时,其力学性能也较好.     

ECAP法制备细晶ZK60镁合金的微观组织与力学性能

利用等通道转角挤压法(ECAP)制备出了细晶ZK60合金,通过金相组织观察,拉伸性能测试,EBSD和透射电镜(TEM)研究了不同挤压温度和挤压道次对合金组织与性能的影响.结果表明:ZK60镁合金在210～240℃温度范围内进行ECAP挤压能获得较好的晶粒细化效果;在240℃进行ECAP挤压时,随着挤压道次的增加,合金晶...     

低温等通道转角挤压中定向凝固纯铜的组织及性能演变

采用光学显微镜(OM)和XRD技术对干冰冷却后的定向凝固纯铜(99.99%)经等通道转角挤压(ECAP)时的微观组织演变规律进行研究,并测试了ECAP后定向凝固纯铜的硬度及导电性能。结果表明,定向凝固纯铜在低温下经A和C路径变形后易于形成取向一致的纤维组织,并且保持(111)面的择优取向特征,而经Bc路径变形后,柱状晶破碎,形成均匀的等轴晶,且各晶面逐渐趋于随机取向;经过1道次变形后,各路径硬度大幅增加,约为原来的1.8倍,在随后的挤压中,硬度增加缓慢,经4道次ECAP后,Bc路径的硬度有所下降;在低应变下,晶粒取向的一致性使得导电率增加;随着应变的增加,晶格畸变使得电子发生散射,使导电率略有降低。     

ECAP变形对Mg2Si增强耐热镁合金组织及性能的影响

为了提高镁合金的耐热性能,在Mg-Zn合金中加入Si,形成Mg-Zn-Si镁合金.采用ECAP工艺在变形温度为573 K和挤压路径为Bc条件下对Mg-Zn-Si镁合金进行不同道次的变形.运用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对变形后的Mg-Zn-Si镁合金进行了组织表征,对变形后的合金进行了室温拉伸和高温蠕变等力学性能测试.结果表明:随着挤压道次增加,α-Mg基体、Mg Zn相及Mg2Si相均得到细化且分布趋于均匀.1道次挤压后部分基体α-Mg细化,4道次挤压后α-Mg的尺寸减小为5~10μm,且晶粒大小趋于均匀;2道次挤压后Mg2Si相枝晶在原位置破碎为颗粒状,6、8道次挤压后Mg_2Si相呈弥散分布.4道次挤压后合金的屈服强度和抗拉强度均提高120%,伸长率提高353%;8道次挤压后合金的抗拉强度和伸长率与4道次相比变化不大,但屈服强度进一步提高了19%.随着挤压道次增加,高温抗蠕变性能提高,8道次后高温稳态蠕变速率降低5倍.Mg2Si相细化机理为受剪切而机械碎断.     

6061铝合金ECAP变形后的微观组织和硬度

对经过固溶时效处理的6061铝合金在室温下进行了4道次挤压。采用光学显微镜分析了试样ECAP变形前后的显微组织变化,采用洛氏硬度计对6061合金ECAP变形前后进行了硬度测试。结果表明:ECAP工艺不仅能够细化6061铝合金晶粒,而且可提高6061铝合金硬度,经过2道次挤压后,合金洛氏硬度有了较明显的提高,但在随后道次的变形中,合金的洛氏硬度呈缓慢的下降趋势,并且随着变形道次的增加,挤压试样的各部分洛氏硬度值趋于一致,挤压试样各部分变形趋于均匀。     

不同路径等通道转角挤压双相Mg-10.73Li-4.49Al-0.52Y合金的组织与力学性能

采用等通道转角挤压（ECAP）工艺在573 K温度下以Bc、A和C三种工艺路径对双相Mg-10.73Li-4.49Al-0.52Y镁锂合金分别进行1-4道次挤压变形,利用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射等研究变形后合金组织。结果表明,三种路径ECAP变形后,α相和β相晶粒均得到显著拉长和细化;4道次变形后,路径A获得片...     

累积连续流变挤压对Al-Mg(-Mn-Fe)合金组织性能影响

目的 研究多道次累积连续流变挤压变形对Al-Mg(-Mn-Fe)合金组织演化和力学行为的影响,为高性能细晶Al-Mg(-Mn-Fe)合金的制备提供借鉴与参考。方法 采用连续流变挤压方法制备Al-Mg(-Mn-Fe)合金,对流变挤压态Al-Mg(-Mn-Fe)合金进行多道次累积连续流变挤压变形,研究多道次变形前后Al-Mg(-Mn-Fe)合金的微观组织和力学性能变化,讨论变形过程中Al6(Mn,Fe)相对动态再结晶的影响,揭示累积连续流变挤压态Al-Mg(-Mn-Fe)合金的强化机制。结果 经3道次累积连续流变挤压变形后,Al-Mg合金和Al-Mg-Mn-Fe合金的平均晶粒尺寸分别减小至21.5 μm和2.8 μm,细化效果显著;在多道次变形过程中,Al-Mg-Mn-Fe合金内的Al6(Mn,Fe)相逐渐破碎细化并趋于均匀分布,再结晶驱动力增加,阻碍再结晶晶粒长大;经3道次变形后,Al-Mg合金杆材的抗拉强度和伸长率同步提高至267.4 MPa和52.2%,而Al-Mg-Mn-Fe合金杆材的抗拉强度提高至364.2 MPa,伸长率降低至31.7%,该合金的强化机制主要包括细晶强化、位错强化和第二相强化。结论 累积连续流变挤压变形可有效细化合金内的晶粒及第二相,提高Al-Mg(-Mn-Fe)合金的综合力学性能。     

时效及冷变形对Cu-3.2Ni-0.75Si-0.30Zn合金组织及性能的影响

本文分析了时效及时效后的冷变形对合金组织及性能的影响 ,并探讨了二级时效对变形后合金的硬度和导电率的影响规律 ,结果表明 ,经适当的分级时效工艺处理后 ,合金的硬度可达 2 4 0Hv以上 ,导电率可达4 5 %IACS以上     

一种新型Ni-Cr-Fe基合金的成分设计、冶金及强韧化热处理工艺研究

利用增Ni、Al降Cr、Ti含量及CALPHAD方法对Ni-Cr-Fe合金进行了低成本设计;采用发射光谱仪、红外碳硫分析仪、差热扫描量热法、真空感应熔炼和电渣重熔双联冶金、扫描电镜等方法,对合金成分、冶金工艺、热加工工艺、热处理制度进行了系统研究。研究发现:双联冶金工艺成功实现了对设计成分的有效控制,经锻造和轧制热加工,获得均匀洁净的轧制组织;再经900～980℃保温30min固溶,继以720℃保温8h后炉冷至620℃保温8h空冷时效强化热处理,合金力学性能达到Incoloy 925水平。其中轧态组织经直接时效可以获得最佳的综合力学性能。合金轧制时效组织为单一奥氏体细晶组织;固溶时效态组织以奥氏体γ相为主,沿晶或晶内弥散析出MC型一次碳化物。研究结果对于我国新型高强韧Ni-Cr-Fe合金开发具有参考价值。     

热处理工艺对高强高导铜合金组织级性能的影响

本研究利用多道次等径角挤压工艺制备了超细晶Cu-Cr-Zr合金棒,在450 ℃人工时效4h后,获得最佳综合性能:抗拉强度610 MPa,断裂延伸率12.5%,硬度199 HV,电导率77%IACS。通过EBSD技术和TEM分析,揭示了该工艺条件下合金主要的强化机制:超细晶组织贡献了260.6 MPa,析出相强化贡献了149 MPa,加工硬化效果为163.9 MPa。相比于等径角挤压试样,析出相取代了固溶原子,强化效果显著提高;而位错密度降低,加工硬化效果显著降低。     

时效对Cu-3.2Ni-0.75Si-0.30Zn合金组织和性能的影响

研究了时效温度和时效时间对Cu-3.2Ni-0.75Si-0.30Zn合金组织和性能的影响.结果表明,合金经900℃固溶,不同时间时效处理后,第二相呈弥散分布.合金经不同冷变形后时效,能获得较高的显微硬度与导电率,当时效温度达到500℃时,其显微硬度达到253.7Hv,导电率达到40%IACS.同时建立了该合金在500℃下,关于时效时间的一元导电率方程.时效前的预冷变形能够有力的促进合金在时效过程中第二相的析出,从而提高合金的显微硬度和导电率.     

ECAP变形对超细晶铜再结晶行为的影响

为研究ECAP变形对超细晶铜再结晶行为的影响,室温条件下对纯铜进行12道次等通道转角挤压(ECAP)变形,分别在100、150、280℃下对不同道次的超细晶铜进行退火处理,分析其硬度及微观组织变化规律.结果表明:经12道次ECAP变形后,铜的晶粒尺寸细化到约250 nm,硬度达146 HV;随着变形道次增加,超细晶铜的热稳定性降低,软化速度加快,在150℃退火时,1道次超细晶铜完成再结晶的时间约为20 h,12道次为0.5 h;12道次ECAP超细晶铜等温退火温度越高,完成再结晶时间越短,150℃完成再结晶时间约为1 200 s,200℃时缩短至600 s,280℃时再结晶仅需50 s;利用Arrhenius公式计算了再结晶激活能,1道次约为1 eV,12道次为0.78 eV,ECAP变形降低了铜的再结晶激活能.     

TWIP钢在高温ECAP过程中的微观组织及孪晶行为研究

本研究通过等径通道挤压(ECAP)对孪晶诱导塑性变形钢(TWIP钢)在300℃下进行了晶粒细化,并运用金相显微镜、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)观察了经不同道次挤压后TWIP钢的晶粒、孪晶形貌及位错组织。结果表明,在均匀化退火状态下,试样晶粒基本呈现等轴状态,通过测微尺测量晶粒尺寸,约为(90±30)μm。在1道次挤压后,晶粒沿剪切方向显著伸长,并有尺寸较小的新晶粒产生,许多形变孪晶在剪切带中产生。2道次挤压后新产生的细小晶粒增多,并开始产生许多微孪晶,孪晶易于在晶界处产生。经过4道次等径通道挤压,晶粒逐渐细化至超细晶状态,晶粒尺寸达到0.3~1μm,孪晶厚度随挤压道次的增多而不断减小,甚至达到几十纳米。在不同晶粒尺寸下,TWIP钢在高温ECAP过程中产生孪晶的机理不同。     

钛及钛合金ECAP变形研究进展

综述了等径变曲通道变形(Equal channel angular pressing,ECAP)技术制备超细晶(Ultra fine grain,UFG)钛及钛合金的研究进展。总结了模具参数、变形工艺参数对钛及钛合金ECAP变形及组织的影响,以期通过制定合理的变形工艺制备出组织均匀、性能优良的超细晶钛及钛合金,同时汇总了钛及钛合金ECAP变形组织变形机理、演变机理、ECAP变形组织稳定性及超细晶材料性能(超塑性、疲劳强度、耐腐蚀性等)的研究进展,最后指出ECAP制备超细晶钛及钛合金的研究方向。     

固溶时效和快速凝固时效对Cu-Cr-Zr-Mg合金时效性能的影响

研究了固溶时效和快速凝固时效工艺对Cu Cr Zr Mg合金的显微组织、硬度和导电率性能的影响。结果表明快速凝固态晶粒比固溶态晶粒细小得多,细晶强化作用显著。合金经920℃×1h固溶和550℃×0.5h时效后,硬度为100HV,导电率达71%IACS;快速凝固和同样的时效条件下,硬度为126HV,导电率达70%IACS。     

工业纯钛室温ECAP变形的组织和性能

采用BC方式等径弯曲通道变形(Equal Channel Angular Pressing,简称ECAP)对工业纯钛进行了8道次室温变形,研究了变形道次对显微组织和力学性能的影响。结果表明,铁素体组织随变形道次的增加逐渐演变为等轴状大角度晶界的超细晶组织;试验材料的硬度和强度随变形道次的增加而增加,伸长率曲线以第3道次为临界点,第3道次前材料伸长率曲线随挤压道次的增加而下降,而3道次后,曲线开始上升,材料伸长率增大。     

7A60铝合金ECAP过程第二相演化行为及机理

采用X射线衍射仪、扫描电镜以及光学显微镜等手段对等径角挤压(ECAP)变形前后7A60铝合金多元合金相的演化进行研究。结果表明,轧制态7A60铝合金内部主要存在MgZn_2、Al_2Cu相,等径角挤压工艺可以明显地碎化合金内部的第二相,改善其分布的均匀性;随着变形道次的增加,基体中粗大第二相沿剪切方向发生明显碎化,第二相发生回溶,四道次ECAP变形后第二相碎化成球状,尺寸由5~20μm碎化到1μm左右;初始态7A60铝合金抗拉强度为305MPa,随着变形道次的增加,合金的强度增强,四道后7A60铝合金的抗拉强度为492MPa;拉伸断口表现为韧性断裂,第二相对韧窝的形状和尺寸起决定性作用。     

形变热处理对Mg-4Al-1Si-1Gd合金组织及性能的影响

为改善Mg-Al-Si系(AS系)变形镁合金因第二相粗大、分布不均而性能较低的现状,在200℃下对挤压态Mg-4Al-1Si-1Gd合金分别进行不同时间(5 h、10 h、15 h)的等温时效和等通道挤压(ECAP)处理,并利用光学显微镜、扫描显微镜和拉伸实验分析其组织及拉伸性能.结果表明:随着等温时效时间的延长,晶粒尺寸增大,晶界处析出少量聚集的大尺寸Mg17 Al12相,时效10 h后合金的室温拉伸性能较优,但与挤压态相比强塑性明显降低.而形变时效提供的热变形能和应变累积量促进了动态再结晶的充分进行,晶粒尺寸由挤压态的10.68μm减小至2.20μm,Mg2 Si相和Si3 Gd5相碎化完全且分布更均匀,晶界处析出了大量颗粒状Mg17 Al12相,基面织构明显弱化,形成了新的非基面织构组分,抗拉强度、屈服强度和延伸率与挤压态相比分别提高了11.7％、33.7％和19.9％.经计算,细晶强化对屈服强度的贡献值为42.8 MPa,Orowan强化的贡献值为4.25 MPa.     

ECAP加工与热处理对工业纯铁点蚀行为的影响

通过多道次等通道转角挤压(ECAP)和退火热处理,制备不同组织结构状态的超细晶工业纯铁,采用透射电镜观察微观组织结构特征,并用电化学极化和阻抗谱技术表征超细晶纯铁在含氯离子的钝化介质中点蚀行为。结果表明:随着ECAP加工道次增加,低道次形成的高位错密度板条状结构转变为低位错密度等轴晶;ECAP样退火热处理后,位错减少、大角度晶界增加。ECAP加工道次对纯铁自钝化性能影响不大,开路电位和极化电阻变化均较小;耐点蚀性能与加工道次有关,点蚀电位随加工道次先下降后升高;退火处理后自钝化性能和耐蚀性提高,开路电位、极化电阻和点蚀电位均明显增大。