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对AE41合金压蠕变行为的影响

采用自制的实验装置研究了Ca对AE41(Mg-4Al-RE)合金压蠕变行为的影响,并利用光学显微镜、XRD和SEM(带EDX)对合金压蠕变前后的组织进行了分析.结果表明:在150℃、100 MPa条件下,随着Ca含量的增加,AEX(Mg-Al-RE-Ca)合金的第一阶段的压蠕变量、稳态蠕变速率及总蠕变量不断减小,抗蠕变性能不断提高.铸态AE41合金由α-Mg基体和Al11Nd3相组成.在高温蠕变条件下,因针状Al11Nd3相不稳定易发生分解,导致AE41合金抗蠕变能力下降.在AEAI合金中加人Ca后,针状Al11Nd3逐渐被Al2Ca和Al2Nd代替.分布在晶界的Al2Ca相有很高的热稳定性,提高了AEX合金的抗蠕变性能.     

Ca和Sr对AE41合金压蠕变行为的影响

采用自制实验装置研究了ca和Sr对AE41(Mg-4A1-RE)合金高温压蠕变行为,并利用XRD和SEM对合金压蠕变前后的组织进行了分析.结果表明:在150℃和100 MPa条件下,添加一定量的Ca和Sr后合金的稳态蠕变速率和总蠕变量均小于AE41合金,改善了AE41合金的抗蠕变性能.铸态AE41合金由a-Mg基体和AI11Nd3相组成.在高温蠕变条件下,针状AI11Nd3相不稳定易发生分解,导致AE4l合金抗蠕变能力下降.在AE41合金中加入Ca和Sr后,针状Al11Nd3逐渐被Al2Ca、Al4Sr及少量的Al2Nd代替.分布在晶界的Al2Ca和Al4Sr有很高的热稳定性,提高了合金的抗蠕变性能.     

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.     

Mg-Al-RE-Ca-Sr合金的压缩蠕变行为

采用自制的实验装置研究了铸态Mg-4Al-1RE-1Ca-0.2Sr(AECJ411002)合金在温度为125～175 ℃和压力为88～112 MPa范围内的压蠕变行为.结果表明,随温度和应力升高,合金的压蠕变量增大,稳态蠕变速率的对数分别与应力的对数和温度的倒数呈较好的线性关系,稳态蠕变速率符合半经验公式.在不同的温度下,应力指数n相近,平均值为6.19;不同的应力下,表观激活能Qa相差不大,平均值为39.05 kJ/mol,材料的结构常数A为4.18×10-14,稳态蠕变速率由位错攀移控制.AECJ411002合金中沿着晶界分布的Al2Ca相和Al4Sr相具有很高的热稳定性,能提高合金的抗蠕变性能.     

Mg-2Nd合金的组织与抗蠕变性能

研究了Mg-2Nd合金的铸态显微组织、力学性能和抗蠕变性能。结果表明:Mg-2Nd合金的铸态组织由α-Mg基体和分布于晶界的离异共晶相Mg12Nd组成;铸态Mg-2Nd合金的抗拉强度和屈服强度随温度的增加而下降,但下降的幅度不大,具有较好的高温稳定性,伸长率则随温度增加明显上升;铸态Mg-2Nd合金表现出良好的抗蠕变性能。通过计算,合金在150～250℃、30～110MPa下的应力指数为3.3～8.0,蠕变激活能在108～142kJ/mol的范围。合金的蠕变机制归结于位错攀移控制,晶界滑移起一定的作用。     

Mg-Al-RE-Ca合金的压缩蠕变行为研究

采用自制实验装置研究了铸态Mg-4Al-IRE-1.2Ca合金在125～175℃、88～112MPa范围内的压蠕变行为.结果表明:随温度和应力升高,合金的压蠕变量增大.稳态蠕变速率符合半经验公式.在不同的温度下,应力指数n相近,平均值为6.24;在不同的应力下,表观激活能Qa相差不大,平均值为37.51 kJ/mol,材料的结构常数为2.88x10-13,稳态蠕变速率由位错攀移控制.合金中沿晶界分布的Al2Ca相具有很高的热稳定性,能提高合金的抗蠕变性能.     

Mg-6Al-(Sr,Ca)合金的显微组织和蠕变性能

系统研究了Mg-6Al—2Sr和Mg-6Al-（1—2）Sr-1Ca合金在水冷模铸造和压铸态下的显微组织、力学及蠕变性能．Mg—6Al-2Sr合金的铸态组织由α-Mg和沿枝晶界分布呈片状的α—Mg＋Al4Sr共晶相组成．在Mg-6Al-2Sr基础上加入少量的Ca,合金中的Al4Sr被Mg2Ca取代,且出现了Mg-Al—Sr三元中间相,合金的抗蠕变性能显著提高．对蠕变后试样进行的扫描电镜观察表明。Mg-6Al合金中添加Sr和Ca后形成的中间相均具有很高的热稳定性．Mg-6Al—2Sr合金蠕变后的试样中出现了β-Mg1τTAl12相的非连续析出;而采用Sr和Ca复合合金化的试样显微组织在蠕变后无明显变化,也未析出卢相,因而显著地提高了合金的抗蠕变性能．与水冷模铸造试样相比,压铸试样具有更细的显微组织和更高的室温与高温力学性能。但抗蠕变性能略低．     

Mg-6Al-1Nd-1.5Gd合金的高温蠕变机制

采用高温蠕变装置,研究了Mg-6Al-1Nd-1.5Gd合金在150、175、200℃以及50、70、90 MPa条件下的高温压缩蠕变行为,分析合金在高温蠕变过程中的蠕变机制。结果表明,Mg-6Al-1Nd-1.5Gd合金的平均应力指数及蠕变激活能分别为4.64和73.87kJ/mol,其主要蠕变机制是由位错攀移和晶界扩散共同作用,合金的蠕变本构方程为:ε=1.877×10-8σ4.641exp[-73 865/(RT)];合金在高温蠕变过程中,微观组织中的位错密度逐渐增大,出现位错缠结及位错堆积,合金蠕变后的晶粒变得粗大,金属间化合物Al3Nd和Al3Gd在晶界上出现偏聚。     

Mg-Al-Nd/Sr耐热镁合金的组织结构与蠕变性能

以Mg-6Al合金为基体,分别单一添加稀土Nd、Sr和复合添加稀土Nd和碱土Sr元素,采用水冷模工艺制备Mg-6Al-6Nd,Mg-6Al-2Sr和Mg-6Al-2Sr-2Nd耐热镁合金,并比较研究单一添加Nd或Sr和复合添加稀土Nd和碱土Sr对合金组织结构和蠕变性能的影响。结果表明:复合添加稀土Nd和碱土Sr后,合金中除了析出第二相Al2Nd、Al11Nd3和Al4Sr外,还析出Sr和Nd相互取代的Al4(Sr,Nd)和Al11(Nd,Sr)3复合相;在Mg-6Al-2Sr基础上添加2%Nd,不仅细化合金枝晶间距,还显著地提高第二相的分布密度,增强合金蠕变过程中位错与第二相交互作用,提高合金的蠕变性能。     

Mg-6Al-1Zn-1.8Gd-0.9Y镁合金的高温蠕变行为

研究了Mg-6Al-1Zn-1.8Gd-0.9Y镁合金的高温蠕变行为。结果表明:Mg-6Al-1Zn-1.8Gd-0.9Y合金在50MPa、150℃的蠕变量为0.86%,稳态蠕变速率为1.8×10~(-8) s~(-1);经热处理后的合金在50MPa、150℃的蠕变量为0.36%,稳态蠕变速率为8.9×10~(-9)s~(-1),基本可满足高温下的使用要求。铸态合金在50MPa下的蠕变激活能为24.3kJ/mol,热处理后的合金在50、70MPa下的蠕变激活能分别为23.4、34.3 kJ/mol,这与晶界滑移激活能接近。     

二元稀土镁合金Mg-La和Mg-Nd的组织和性能

系统研究了二元稀土镁合金Mg-2%La(L2)和Mg-2%Nd(N2)的铸态显微组织、拉伸性能和抗蠕变性能.通过研究发现,L2铸态组织中有大量网状的Mg-Mg17La2的共晶相析出;而N2则以Mg12Nd离异共晶析出,析出物的数量少得多.N2合金在室温或者175℃条件下,强度和塑性都优于L2合金.N2合金的抗蠕变性能在175℃、70 MPa条件下比L2低近3个数量级.通过计算两种合金的应力指数和蠕变激活能,L2合金的蠕变机制是受晶界滑动控制的,而N2合金为位错攀移机制控制.     

Mg-5wt％Sn合金铸态和时效态的高温蠕变性能

通过压缩蠕变试验研究了铸态和时效态(T6)Mg-5wt%Sn合金在应力为25MPa,温度为150、175和200℃下的高温蠕变性能,并测试了室温拉伸性能.结果表明,时效处理后的压蠕变性能有很大的提高,时效态合金室温抗拉强度也有明显改善.时效态合金高温压缩蠕变性能的提高和室温强度的改善与Mg2Sn弥散析出强化有关.     

热处理对Mg-6Al-1Nd-1Gd合金组织和蠕变行为的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、EDS能谱分析等研究了Mg-6Al-1Nd-1Gd合金固溶与时效处理后的显微组织及在200℃和70 MPa条件下的高温压缩蠕变行为。结果表明:固溶+时效处理后Mg-6Al-1Nd-1Gd合金的β-Mg₁₇Al₁₂相几乎完全消失,金属间化合物为Al₂RE(Nd、Gd)相,且在晶界产生偏聚。蠕变后,热处理后合金的金属间化合物有所增加,T4态合金金属间化合物体积分数增加最多,高温蠕变抗力最好,蠕变量及稳态蠕变速率分别为1.8%及2.333×10^-8 s^-1,较铸态时的4.45%及5.817×10^-8 s^-1分别降低了59.6%和59.9%。     

微量Nd的添加对Mg-Al-Zn合金微观组织和高温力学性能的影响

分析研究了微量Nd的添加对Mg-Al-Zn合金显微组织和高温力学性能的影响.结果表明:Nd的加入,显著细化了合金的铸态组织,同时出现了新相Al3Nd化合物.当Nd添加量为1.0%时,可使铸态Mg-8.5Al-0.5Zn合金在150℃高温下的抗拉强度达到最大值为160MPa,和未加入Nd的合金相比提高了13.2%.     

Ca对高Zn镁合金高温抗蠕变性能的影响

系统研究了微量Ca的加入对Mg-12Zn-4Al-0.3Mn合金显微组织和高温抗蠕度性能的影响。结果表明,Mg-12Zn-4Al-0.3Mn铸造镁合金的显微组织主要由α-Mg基体和块状准晶晶界相组成,在成分上准晶相与三元平衡相图中τ相(Mg32(Al,Zn)49)接近。少量Ca加入母合金后,块状准晶相部分转变为τ相和层片状φ相(Al2Mg5Zn2)。随Ca加入量增加,φ相的体积分数增多。Ca的加入显著提高了合金高温抗蠕变性能,175 ℃, 70 MPa蠕变条件下,Ca加入量为0.6%时,合金呈现最好的蠕变抗力,其稳态蠕变速率比母合金下降了近一个数量级     

Ca对Mg-5Al-1Bi合金显微组织和力学性能的影响

使用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电镜、能谱仪及力学性能测试等试验手段,研究了Ca含量对铸态Mg-5Al-1Bi镁合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,铸态Mg-5Al-1Bi镁合金由α-Mg基体和β-Mg17Al12相组成,加入Ca后,合金晶粒细化,β-Mg17Al12相的数量减少,由连续变得较为分散。当Ca含量达到3%时,合金中生成新的第二相Al2Ca。高熔点相Al2Ca在高温条件下能钉扎晶界,阻碍晶界滑移,有利于提高合金的高温蠕变性能。合金硬度和屈服强度随着Ca含量的增加而提高,而抗拉强度和伸长率下降。     

RE对Mg-8Zn-4Al-0.3Mn合金组织的影响

研究了RE对Mg-8Zn-4Al-0．3Mn铸造镁合金显微组织的影响。结果表明：Mg-8Zn-4Al-0．3Mn-χRE铸造镁合金的显微组织主要由口(Mg)基体、φ(Al2Mg5Zn2)相、r(Mg32(Al,Zn)49)相和Mg3Al4Zn2RE相组成。随RE加入量的增加，合金晶界上三元相的形态由半连续网状改变为颗粒状，三元相的分布逐渐变得弥散而均匀。晶界上针状或棒状Mg3Al4Zn2RE相的量也随着RE加入量的增加而增加。加入1．5％的RE可显著细化合金的铸态组织，晶粒大小由120～130μm减小到40-50μm。合金的显微硬度值随着RE加入量的增加而增加。     

铸态Mg-4Al-2Si合金的显微组织与高温力学性能

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、XRD衍射和拉伸试验等方法,研究了Mg-4Al-2Si(s42)镁合金的铸态组织和高温力学性能.结果表明,铸态合金主要由a-Mg基体、β-Mg17Al12相和Mg2Si相组成.其中,离异共晶β-Mg17Al12相呈网状分布于晶界上,初生Mg2Si相呈多边形块状随机分布于基体组织中,共晶Mg2Si相呈粗大的汉字状沿晶界或穿晶分布;150℃高温短时拉伸,合金的抗拉强度为97MPa,屈服强度为58MPa,伸长率为18%,拉伸断裂形式为准解理脆性断裂.     

ECAP制备Mg-15Al-xNd合金的显微组织及高温力学性能

采用光学显微镜(OM),场发射扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),X射线衍射分析(XRD)和高温拉伸试验等研究了稀土Nd元素对ECAP态Mg-15Al合金显微组织及高温力学性能的影响。实验结果表明:随着Nd含量的增加,Mg-15Al-x Nd合金平均晶粒尺寸逐渐减小,当Nd含量达到1.5%和4%时,组织中分别出现针状Al11Nd3和不规则块状Al2Nd相。经ECAP挤压四道次后,基体平均晶粒尺寸2~3μm,β-Mg17Al12相显著细化且呈弥散分布状态。稀土Nd元素可以有效改善ECAP态Mg-15Al合金的高温力学性能,当Nd含量为1.5%时,合金在200℃时的屈服强度和抗拉强度由未加Nd时的116 MPa和139 MPa分别提高到148 MPa和172 MPa。ECAP挤压过程中被碎化的高熔点Al-Nd相在高温下对晶界有较强的钉扎作用,表现出显著的细晶强化和弥散强化效果。