关键词： ZK60镁合金   变形机制   DEFORM-3D有限元模拟   微观组织   力学性能  

摘要： ZK60镁合金属于高强变形镁合金之一,应用广泛,但该镁合金在室温下塑性差,制约该合金应用发展。故从挤压-连续剪切的角度研究了该工艺对ZK60镁合金棒材的组织性能影响。具体的研究包括: (1)本文在DEFORM-3D中建立了准确的挤压-连续剪切变形三维刚塑性有限元模拟模型。数值模拟中ZK60相关材料参数引用唯象本构模型整理所得的补偿Z参数的双曲正弦形式Arrhenius方程才进行后续计算。得到了各试样在挤压-连续剪切变形的过程中的载荷、等效应力、等效应变以及速度等基本的变形规律。此外还探究了不同工艺参数(挤压温度、挤压速度)对挤压-连续剪切变形实验的影响,为变形实验提供了依据。数值模拟后了解到ZK60材料敏感度较高,实际实验过程要做到挤压温度准确性。最佳实验工艺参数为挤压速度为3mm/s,挤压温度为200℃-300℃内最佳。 (2)挤压-连续剪切比未带剪切区的普通挤压成形棒材的晶粒尺寸要小并且分布要更加均匀。普通挤压成形的镁合金棒材拉伸断口形貌多为准解理断裂的特征而挤压-连续剪切工艺所形成的棒材的断口特征为韧性断裂的特征。挤压-连续剪切工艺比普通挤压工艺的力学性能也得到了提高。 (3)在不同温度(T=200,250,300℃)和速度下(V=1,3,5,mm/s)对ZK60镁合金进行挤压-连续剪切的实验,研究结果表明:ZK60镁合金棒材在温度低于200℃挤压时会出现破裂,挤压过程困难;在温度高于200℃挤压时发现,200℃挤压效果最好,晶粒分布最均匀,晶粒细化效果也最好。ZK60镁合金在较低速度下效果更好,随着速度的降低,晶粒细化程度越好,晶粒分布越均匀。因此可以说明挤压-连续剪切法是一种有效的晶粒细化手段。 (4)通过对ZK60镁合金棒材的不同挤压区域剖析发现,该工艺可以显著增加镁合金棒材中软取向晶粒的数量(SF值大于0.2),有利于ZK60镁合金棒材的广泛使用。随着挤压-连续剪切过程的进行,材料的晶粒不断减小,并且晶粒大小的分布越来越均匀。随着挤压温度的升高和挤压速度的增大,晶粒尺寸变大,塑性提高,但是材料的硬度降低。由于连续剪切区的加入,棒材的硬度值有一定下降。 (5)通过ZK60镁合金材料的特性,研究了随着热挤压温度的升高,动态再结晶占比减弱,基面织构强度也减弱;200℃下拉伸、压缩力学性能最优异。

关键词： 镁合金   合金化   挤压铸造   亚快速凝固   微观组织   力学性能  

摘要： 镁合金因其密度较低、比强度高以及导热性能优异而备受关注。但由于其自身晶体结构（密排六方堆积）,强塑性通常较差且难以协同提升。近年来,Mg-Zn-Zr系合金因其良好的时效析出能力而受到广泛关注。然而,Mg-Zn-Zr系合金由于铸造性能较差,容易产生缩孔、缩松与微裂纹,且常规凝固下合金组织粗大、偏析现象严重,因此强塑性通常较低。通过引入稀土（RE）元素,不仅可以显著提升合金的铸造性能,还能够拓宽镁合金在凝固过程中固/液界面的过冷区间,有效改善铸件的整体质量,还可以细化晶粒、引入强化相。因此,为满足生产要求,开发出一种兼具高强塑性的Mg-Zn-ZrRE合金是当前急需解决的问题。 针对上述问题,本文以Mg-2.5Zn-0.3Zr（wt.%）合金与Mg-2.5Zn-0.3Zr-1Y-0.5Nd（wt.%）合金为基础,通过改变Dy含量对合金成分进行优化,并采用三种不同的铸造方式（常规凝固、亚快速凝固、挤压铸造）,结合高温固溶处理及时效处理改善了其微观组织,最终开发出高强塑性Mg-Zn-Zr-RE合金。主要结论如下: （1）随着Dy含量增加,细晶强化效应不断增强,合金强塑性协同提升;经过固溶处理和人工时效处理后,合金强度得到提升,其中峰时效态Mg-2.5Zn-0.3Zr-1Dy（wt.%）合金展现出良好的力学性能:屈服强度102 MPa,抗拉强度191 MPa。其中,强度的提升主要归因于细晶强化与时效过程中析出大量Mg4Zn7相与Mg3Zn3Dy2相。 （2）采用Y-Nd-Dy复合合金化手段进一步提升铸态Mg-2.5Zn-0.3Zr（wt.%）合金的力学性能;随着Dy含量增加,第二相含量明显增多,晶粒尺寸先减小后略微粗化;经过固溶处理及人工时效处理,合金强度得到提升。其中峰时效态Mg-2.5Zn-1Y-0.3Zr-0.5Nd-0.5Dy（wt.%）合金强度最高:屈服强度达112 MPa,抗拉强度达245MPa,这主要归因于时效过程中纳米相的析出。 （3）与常规凝固相比,亚快速凝固能够有效细化合金晶粒和共晶W相,改善W相分布;结合固溶处理与人工时效,经过峰时效处理后Mg-2.5Zn-1Y-0.3Zr-0.5Nd-0.5Dy合金兼具高强塑性:屈服强度135 MPa、抗拉强度271 MPa、断裂延伸率16.8%。 （4）与常规凝固相比,挤压铸造可以细化晶粒,提高合金的固溶度,细化共晶W相,并增加时效析出相数密度。通过调控合金外加凝固压力,结合高温固溶处理与人工时效,成功制备出晶粒细小均匀、含有大量纳米析出相的Mg-2.5Zn-1Y-0.3Zr-0.5Nd-0.5Dy（wt.%）合金;320 MPa挤压铸造压力制备的合金经过峰值时效处理后,塑性和强度得到了良好平衡,其屈服强度达144 MPa、抗拉强度达298 MPa、延伸率为15.7%;屈服强度的提高主要归因于细晶强化与时效过程中析出高密度纳米相。

关键词： 铸造镁合金   稀土镁合金   高强韧   Mg-Gd-Y镁合金   热处理  

摘要： 镁合金作为21世纪最具潜力的轻质结构材料之一,因其低密度、高比强度和高比刚度以及良好的铸造性能而备受关注。尤其是Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金具有优异的热处理特性而被广泛研究,虽然获得了较高的强度,但仍然普遍存在塑性较低的问题。通过优化热处理工艺调控物相从而改变强度和塑性,是金属材料强韧化的重要手段。本文系统研究了固溶工艺和时效工艺对铸造Mg-9.5Gd-1.5Y-0.8Zn-0.5Zr（wt.%,下同）合金组织演变、力学性能和断裂行为的影响,并分析其强韧化机理。主要研究结果如下: 合金铸态组织由α-Mg基体和分布在晶界的α-Mg+Mg（Gd,Y,Zn）鱼骨状共晶组织与层状18R-LPSO相组成,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为254MPa、135MPa和7.9%,断裂方式为准解理断裂。 固溶温度为480℃、500℃和520℃,时间为12h时,随着固溶温度的提高晶粒有所长大,晶粒尺寸分别为28.2μm,35.8μm和45.5μm。其中,固溶温度500℃强度最高为284MPa,480℃延伸率最高达29%。固溶温度为480℃时,晶界鱼骨状共晶组织消失,层状18R-LPSO相转变为块状+层状14H-LPSO相。固溶温度为500℃时,晶界残留少量14H-LPSO相,晶内析出大量团簇针状Zn-Zr相。固溶温度为520℃时,晶界14H-LPSO相消失,晶内析出层状LPSO相,针状Zn-Zr相长大;固溶温度为490℃、500℃和510℃,时间2～12h时,随温度升高晶界LPSO相完全固溶时间缩短,晶内Zn-Zr相越容易形成;480℃×12h+500℃×8～12h和500℃×12h+520℃×8～12h的双级固溶会导致合金晶粒长大,且在晶界14H-LPSO相未完全固溶时,开始在晶内析出层状LPSO相。此外,在500℃+520℃双级固溶后,基体中还发现块状LSPO相。在固溶阶段开始析出立方体状Gd Y相,并随温度的提高和时间的延长而长大。 合金在180℃、200℃和220℃温度下的时效硬度曲线均呈现明显的双峰特征,且第一峰时效硬度均大于第二峰时效硬度。时效时间过长（180℃×96h）或温度过高（220℃）均会导致晶粒长大,200℃时效晶粒较小,是其力学性能最好的原因之一。合金第一峰时效强韧化得益于LPSO相与β'相协同作用,尤其是β'相与基体良好共格关系和棱柱面的析出位向有效阻碍基面滑移。而Gd Y相和Zn-Zr相的增多,会消耗LPSO相和β'相形成所需的Gd、Y和Zn元素,降低强化效果。协同强化效果:晶界块状LPSO相+β'相（480-T6）>晶内层状LPSO相+β'相（500-T6）>晶内薄片状LPSO相+β'相（520-T6）。合金第二峰时效的强韧化来自于晶内β'相伴生析出β相形成长链状结构结合晶内析出γ'和LPSO相形成新的3D结构与晶界细小分布均匀的LPSO相的协同作用。基面γ'相与14H-LPSO相平行、与β'相垂直,有利于提高合金塑性,但时效时间延长带来的晶内β'相粗化,导致强度有所降低。合金最佳时效工艺为480℃×12h+200℃×48h和480℃×12h+200℃×180h,其第一峰时效和第二峰值时效室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别382MPa、255MPa和14.5%以及367MPa、239MPa和17.2%。

关键词： 镁合金  

ISBN: (纸本)9787312060380

摘要： 本书总结了作者近年来在镁合金扩散方面的研究工作, 同时对近年来国内外在这些方面的研究现状进行了综述。全书共7章, 分别对典型合金元素在镁合金固/固扩散偶中的扩散行为、Mg-40AI与典型合金元素在固/液扩散偶中的扩散行为、原子尺寸对合金元素在镁合金中扩散行为的影响、杂质元素Fe在Mg中的扩散行为、杂质元素Cu在Mg中的扩散行为、镁合金与Ti的界面扩散反应及力学性能进行了系统论述。