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Mg-TM-RE系镁合金中lpso相的研究进展

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中国有色金属学报 2024年第5期34卷 1429-1452页

作者：罗宇伦杨鸿董志华蒋斌张双艳张丁非潘复生重庆大学材料科学与工程学院国家镁合金材料工程技术研究中心重庆400044 重庆大学材料科学与工程学院高端装备铸造技术全国重点实验室重庆400044

镁合金是最具发展潜力的轻量化材料之一,但相对较低的强度和塑性限制了其工程应用。具有堆垛有序和化学有序特征的长周期堆垛有序(lpso)相是有望实现镁合金强韧化的新型析出相,受到了越来越广泛的关注。本文总结分析了lpso相的原子结构... 详细信息

镁合金是最具发展潜力的轻量化材料之一,但相对较低的强度和塑性限制了其工程应用。具有堆垛有序和化学有序特征的长周期堆垛有序(lpso)相是有望实现镁合金强韧化的新型析出相,受到了越来越广泛的关注。本文总结分析了lpso相的原子结构特征、形成和转变机制,讨论了不同合金元素对lpso相稳定性、本征结构物性参数的影响规律,分析了lpso相对镁合金动态再结晶行为和力学性能的影响机理,并总结了基于lpso相发展高性能镁合金需解决的关键问题,以期为新型高强韧镁合金的发展提供参考。

关键词：镁合金 lpso相结构物性动态再结晶强韧化机制

轧制工艺对Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金中lpso相及其组织性能的影响

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中国有色金属学报 2016年第8期26卷 1588-1596页

作者：王敬丰黄秀洪谢飞舟黄崧侯帆潘复生重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心重庆400044 重庆大学材料科学与工程学院重庆400044 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

研究"轧制+固溶+轧制"工艺和"固溶+轧制"工艺对Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金中lpso相及其组织性能的影响。结果表明:经"轧制+固溶+轧制"工艺处理后,合金中块状lpso相较小,且分布弥散,合金的组织由细小的再结晶晶粒组成,最终合金获得较好的综合力... 详细信息

研究"轧制+固溶+轧制"工艺和"固溶+轧制"工艺对Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金中lpso相及其组织性能的影响。结果表明:经"轧制+固溶+轧制"工艺处理后,合金中块状lpso相较小,且分布弥散,合金的组织由细小的再结晶晶粒组成,最终合金获得较好的综合力学性能,抗拉强度(UTS)达到347 MPa,伸长率(EL)为11.6%;经"固溶+轧制"工艺处理后,合金中块状lpso相较粗大,分布不均匀,由于固溶退火后析出的层状lpso相阻碍合金的再结晶,轧制后合金中仍存在变形组织,最终合金具有相对较高的抗拉强度(UTS为358 MPa),但是伸长率较低(EL为6.6%);对比而言,"轧制+固溶+轧制"工艺易进行更大压下量轧制,进而获得更高综合力学性能。

关键词： Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金轧制工艺 lpso相显微组织力学性能

含lpso相Mg-Y-Er-Ni合金的组织和拉伸性能

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材料研究学报 2023年第9期37卷 697-705页

作者：欧阳康昕周达杨宇帆张磊南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063

用重力铸造法制备3种Mg_(97)Y_(2-x)Er_(x)Ni_(1)(x=0.5、1、1.5)合金,研究了其铸态和(520℃,12 h)固溶态的组织和拉伸性能。结果表明:3种铸态合金都由α-Mg基体和18R-lpso相组成,其中Mg_(97)Y_(1)Er_(1)Ni_(1)晶粒最细,lpso相的体积分数最高、尺寸最小且分布最为均匀,因此其室温拉伸性能最佳。进行(520℃,12 h)固溶处理后,3种固溶态合金仍然由α-Mg基体和18R-lpso相组成。固溶态Mg_(97)Y_(1.5)Er_(0.5)Ni_(1)合金晶内出现基面层错,但是并不具有完整的堆垛周期性特征。与铸态相比,3种固溶态合金的室温拉伸性能均有所提高。

关键词：金属材料 Mg-Y-Er-Ni 合金 lpso相组织拉伸性能

lpso相含量对挤压态Mg-Y-Zn-Mn合金耐腐蚀性能的影响

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金属学报 2024年

作者：江舒佳杨宏冉李传强王乃光王德升广东工业大学材料与能源学院洛阳船舶材料研究所海洋腐蚀与防护全国重点实验室上海交通大学材料科学与工程学院

含长周期堆垛有序(lpso)结构的Mg-Y-Zn系合金具有优异的力学性能，但lpso相含量对挤压态镁合金耐腐蚀性能的影响尚不清楚，本工作通过控制Zn和Y含量来调控lpso相含量，研究挤压态MgY-Zn-Mn合金的耐腐蚀性能，揭示lpso相含量及其形态对... 详细信息

含长周期堆垛有序(lpso)结构的Mg-Y-Zn系合金具有优异的力学性能，但lpso相含量对挤压态镁合金耐腐蚀性能的影响尚不清楚，本工作通过控制Zn和Y含量来调控lpso相含量，研究挤压态MgY-Zn-Mn合金的耐腐蚀性能，揭示lpso相含量及其形态对挤压态镁合金耐腐蚀性能的影响规律。本工作系统地研究了具有不同含量lpso相的挤压态Mg-x Y-y Zn-0.1Mn (x=2、4、8，质量分数，%；x/y=2)合金的微观组织与耐腐蚀性能。结果表明，lpso相含量随Zn、Y含量的增加而增多，其中Zn、Y含量最少的Mg-2Y-1Zn-0.1Mn (WZ21M)合金中的lpso相为细小块状；Zn、Y含量较多的Mg-4Y-2Zn-0.1Mn (WZ42M)中的lpso相沿挤压方向呈流线分布；Mg-8Y-4Zn-0.1Mn (WZ84M)合金中lpso相最多，也呈流线分布，但其相邻lpso相的间距明显减小。在3.5%NaCl溶液中的腐蚀实验结果表明，3种合金的耐腐蚀性能顺序是：WZ84M (27) WZ42M (27) WZ21M,lpso相含量最多的WZ84M合金表现出最差的耐腐蚀性能，这主要归因于大量的lpso相增强了微电偶效应，而流线分布的lpso相不能有效阻碍腐蚀扩展。

关键词： Mg-Y-Zn合金 lpso相微观组织耐腐蚀性能

lpso相调控对ECAP挤压Mg-Y-Zn-Al合金组织和力学性能的影响

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热加工工艺 2024年第7期53卷 94-97页

作者：田丰边丽萍孟棫朴张红芳梁伟太原理工大学材料科学与工程学院山西太原030024 先进镁基材料山西省重点实验室山西太原030024 山西省科技人才与科技合作中心山西太原030021 山西银光华盛镁业公司山西闻喜043800

针对含18R-lpso相铸态Mg-Y-Zn系合金塑韧性差、变形后力学性能提高有限的问题,研究了固溶、铸态+ECAP挤压和固溶+ECAP对Mg-3.74Y-1Zn-0.5Al(at%)合金力学性能的影响。结果表明,固溶处理诱发18R→14H-lpso相转变、Al(Y,Zn)相化合物颗粒... 详细信息

针对含18R-lpso相铸态Mg-Y-Zn系合金塑韧性差、变形后力学性能提高有限的问题,研究了固溶、铸态+ECAP挤压和固溶+ECAP对Mg-3.74Y-1Zn-0.5Al(at%)合金力学性能的影响。结果表明,固溶处理诱发18R→14H-lpso相转变、Al(Y,Zn)相化合物颗粒破碎细化,改善了合金的塑性,但强度几乎不变。铸态+ECAP挤压导致18R-lpso和Al(Y,Zn)相破碎,并诱发大量α-Mg晶粒发生再结晶。固溶+ECAP挤压使14H-lpso相弯曲或扭折变形、细小Al(Y,Zn)颗粒均匀分散,仅少数α-Mg晶粒发生再结晶,其强度、塑韧性远高于铸态+ECAP挤压合金的。良好强度、塑韧性匹配的14H-lpso相的大量形成、α-Mg基体再结晶被抑制及细小Al(Y,Zn)颗粒的均匀分散是其性能提高的主要原因。

关键词： Mg-Y-Zn-Al合金 lpso相等通道转角挤压(ECAP) 力学性能

lpso相增强的Mg-Dy-Ni合金的显微组织和时效硬化行为

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LPSO相增强的Mg-Dy-Ni合金的显微组织和时效硬化行为

作者：袁利桃兰州理工大学

学位级别：硕士

稀土镁合金已经成为了商用镁合金的重要组成部分因其具有高的强度、高的耐热性以及良好的韧性等特点。而稀土镁合金中长周期有序堆垛结构的形成更进一步提高了稀土镁合金的强韧性和高温性能,并减少了稀土元素的用量从而降低了合金的成... 详细信息

稀土镁合金已经成为了商用镁合金的重要组成部分因其具有高的强度、高的耐热性以及良好的韧性等特点。而稀土镁合金中长周期有序堆垛结构的形成更进一步提高了稀土镁合金的强韧性和高温性能,并减少了稀土元素的用量从而降低了合金的成本。本课题是以Mg-2Dy-0.5Ni合金为研究对象,主要研究了合金在铸态,固溶态以及时效态的显微组织和时效硬化行为。首先研究了Mg-2Dy合金中添加0.5at.%Ni元素形成的含长周期有序堆垛结构的稀土镁合金的组织和性能。进而研究了不同温度固溶以及在不同冷却条件下合金显微组织演变以及不同形貌lpso相的析出硬化行为。并探讨了合金在热挤压+等温时效过程的组织变化和时效硬化行为。具体的研究结果如下:Mg-2Dy-0.5Ni合金在铸态的组织主要由α-Mg基体,分布在枝晶界片层状的18R lpso相以及立方体颗粒Dy相组成。通过对与Mg-2Dy-0.5Zn合金的组织和性能的对比可知,在Mg-2Dy合金中添加Ni元素比添加Zn元素更容易形成lpso相,更有效地减小了二次枝晶臂间距,也更明显地提高了Mg-2Dy合金的力学性能。合金在不同温度(560-570℃)固溶的过程中,枝晶界片层状的18R lpso相转变为块状18R lpso相随机分布在晶粒内和网状分布在晶界。并且在固溶过程中18R lpso相并没有发生完全溶解,含Ni的18R lpso相具有非常高的热稳定性。另外,合金在固溶的过程中晶粒内有点状的14H lpso相析出。合金在565℃固溶12 h时,合金中的相固溶的相对充分,镁基体的显微硬度也达到最高值65 HV。在565℃固溶12 h后的合金以不同的冷却方式进行冷却,在连续的冷却(炉冷和空冷)条件下,块状的lpso相发生粗化,片层状的具有14H结构的lpso相逐渐在镁基体中析出。在不连续的冷却(炉冷到415℃再空冷和炉冷到265℃再空冷)条件下,块状的lpso相由连续变为不连续分布在镁基体上,同时棒状的lpso相也出镁基体中析出。合金在565℃固溶12 h经空冷415℃后炉冷的条件下硬度值是最高的,其高的硬度值主要是由于块状的lpso相强化所致。而合金在565℃固溶12 h经空冷265℃后炉冷的条件下硬度值最低,其主要是由于大量的棒状的lpso相的析出所致。合金在360℃热挤压后晶粒明显细化,晶界的18R lpso被挤碎并沿着挤压方向形成条带状组织。另外,合金在热挤压后形成了动态再结晶区,细小的片层状的14H lpso相在再结晶晶粒内析出。挤压合金在250℃等温时效的过程中展现出双峰时效行为,其主要是由于细晶强化和14H-lpso相强化所致。合金在时效的过程中第一个时效峰是在54 h,这是由于细晶强化和14H-lpso相强化共同作用所致;第二个时效峰是在108 h,这主要是由于高体积分数的14H-lpso相强化所致。

关键词：镁合金 Mg-2Dy-0.5Ni合金 lpso相显微组织力学性能析出硬化行为时效硬化行为

合金化元素对含lpso相Mg-Y-Zn合金组织和力学性能影响的研究进展

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特种铸造及有色合金 2021年第8期41卷 932-937页

作者：梁晋瑞曹富荣东北大学材料科学与工程学院沈阳110819

镁合金具有比强度、比刚度高,铸造性能好等特点,是最轻的金属结构材料之一,具有良好的应用前景。近十年来,长周期堆垛有序(lpso)结构的镁合金在Mg-Y-Zn三元体系中表现出独特的微观结构和优异的力学性能,受到广泛的关注。Mg-Y-Zn合金中L... 详细信息

镁合金具有比强度、比刚度高,铸造性能好等特点,是最轻的金属结构材料之一,具有良好的应用前景。近十年来,长周期堆垛有序(lpso)结构的镁合金在Mg-Y-Zn三元体系中表现出独特的微观结构和优异的力学性能,受到广泛的关注。Mg-Y-Zn合金中lpso相的晶体结构以周期性层错为特征,并伴随着Zn和Y原子在特定原子面上的富集。lpso相由于其尺寸大,可以通过短纤维强化机制来提高合金的强度。研究表明,向含lpso相的Mg基合金中添加不同合金元素,能够显著改善合金的组织和力学性能。综述了不同合金化元素对含lpso相Mg-Y-Zn合金组织和性能的影响,进一步梳理该领域研究现状,并指出了未来发展的方向。

关键词： lpso相合金化元素 Mg-Y-Zn合金组织力学性能

lpso相强化Mg-Er-Zn系合金组织及性能的研究

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LPSO相强化Mg-Er-Zn系合金组织及性能的研究

作者：崔淑婧济南大学

学位级别：硕士

镁合金作为工程应用中最轻的金属结构材料,不仅具有密度低这一显著特点,而且具有比强度高、比刚度高、减震效果好、电磁屏蔽效果好等一系列优点,在航空航天、汽车行业,电子行业等工业领域应用广泛。但是镁合金的绝对强度低,这一缺点严... 详细信息

镁合金作为工程应用中最轻的金属结构材料,不仅具有密度低这一显著特点,而且具有比强度高、比刚度高、减震效果好、电磁屏蔽效果好等一系列优点,在航空航天、汽车行业,电子行业等工业领域应用广泛。但是镁合金的绝对强度低,这一缺点严重限制了其在工业领域的进一步发展。学者们一直在寻找合适的强化相来增强镁合金的力学性能,近几年,lpso相因其特殊堆垛结构,能够有效提升合金的力学性能,备受学者关注。本文采用常规铸造方法制备出含有lpso强化相的Mg-Er-Zn合金,并探索热处理工艺和添加合金化元素Al对合金中lpso相的形貌、体积分数、分布均匀性以及对力学性能的影响规律。本文采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)等分析测试仪器对合金的微观形貌、化学成分组成、物相组成、物相分布及原子堆垛方式等进行了观察和分析,进而探索合金力学性能变化的原因。本文的主要研究结果如下:首先采用控制Er/Zn原子比的方式,制备出高体积分数达35%的lpso相强化的Mg-Er-Zn合金。结果表明,在原子比Er/Zn=1时,合金中不存在lpso相;当Er/Zn=1.5时,合金中出现层片状lpso相和鱼骨状Mg8Er1Zn1相,呈现网状分布在晶界处;当Er/Zn=2时,合金中存在少量的lpso相,在同等原子比状态下,合金中lpso相体积分数随着Er、Zn整体含量的增加而增加;当Er/Zn=3时,合金中lpso相体积分数达到最大,最高达35%;当Er/Zn=4时,合金中lpso相出现粗化现象,且体积分数减少。静态拉伸试验显示MgErZn合金具有良好的综合力学性能,其抗拉强度,屈服强度和延伸率都达到最佳,分别为194MPa,154MPa和9.7%,这主要是细晶强化和lpso相第二相强化的作用。MgErZn合金经过最佳固溶处理工艺500℃-12h处理后,合金的硬度值有所增加,增幅不明显,这主要是由于固溶处理后合金中的晶界处18R-lpso相部分发生溶解,溶质原子向基体内扩散析出14H-lpso相导致析出强化作用增强的缘故。静态拉伸力学性能结果显示:MgErZn合金经固溶处理后抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提高到207MPa、189 MPa和11.2%,分别增加了6.7%、22.7%和1.5%,综合力学性能得到明显改善。这主要是因为固溶态合金组织中产生了较大体积分数的精细针状14H-lpso相,这种相在基体中分布更加均匀弥散,与基体产生更多的夹层结构阻碍位错的运动,且与基体界面结合力强于18R-lpso相与基体界面结合力,所以,固溶态较铸态合金具有更加优异的综合力学性能。MgErZn合金经200℃时效处理出现双峰时效硬化行为,合金分别在时效8h和时效32h时达到时效硬度峰值,其硬度分别为83.4 HB和82.2 HB。双峰时效硬化行为的出现是合金中析出相强化和14H-lpso结构相强化作用共同作用的结果。在时效8h时合金中析出大量的Mg3Er2Zn3相,体积分数达到最大,出现第一个时效硬度峰值,随着时效时间的增加,Mg3Er2Zn3相逐渐溶解,在24h时基本上消失,溶解过程中产生Er、Zn溶质原子供给于14H-lpso相,导致14H-lpso相体积分数的增大,在32h时达到最大,出现第二个时效硬度峰值。综上所述,第一个时效峰值硬度主要是Mg3Er2Zn3相析出强化作用的结果,第二个时效峰值硬度主要是14H-lpso特殊结构相强化作用的结果。MgErZn合金中加入Al后,合金的组织结构发生明显变化,当加入1 at.%Al时,合金形貌由胞状晶转变为明显的花瓣状树枝晶形貌,一次枝晶长度达60μm以上,二次枝晶尺寸较细小,并且在晶界处分布有高体积分数的层片状lpso相;加入3 at.%Al时,合金中枝晶变得粗大,晶界减少,分布于晶界处的层片状lpso相体积分数也随之减少,此外,合金中出现少量树突状富铝相,沿着晶轴呈发散状分布;随着Al加入量的增大,合金中lpso相体积分数逐渐减少,树突状富铝相体积分数逐渐增多,直至Al含量达到7 at.%时,合金中lpso相消失不见,树突状富铝相体积分数达到最大,呈现网状结构分布在晶界处。力学性能结果表明,加入1 at.%Al时,合金性能得到提升,硬度值由76.3 HB提高到80.2 HB,抗拉强度达213 MPa、屈服强度达182 MPa、伸长率达10.1%,主要是因为该合金中含有更高体积分数的lpso相;当加入7 at.%Al时,合金的硬度值达84.8 HB,但是抗拉强度、屈服强度、伸长率都有明显下降,这主要是因为该合金中含有高体积分数的富铝相,使得硬度得到提高,但是富铝相呈现网状分布在晶界处,割裂基体,脆性增加,在承受应力时容易产生断裂,导致强度和塑性的下降。

关键词： Mg-Er-Zn lpso相微观组织热处理力学性能

时效处理对Mg-Y-Gd-Zn-Zr合金中lpso相演变及性能的影响

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金属热处理 2024年第9期49卷 96-102页

作者：任广笑王超曹喜娟王凯王红霞程伟丽牛晓峰山西江淮重工有限责任公司山西省轻金属及其复合材料研发及结构化应用中试基地山西晋城048000 太原理工大学材料科学与工程学院先进镁基材料山西省重点实验室山西太原030024 航空工业陕西宏远航空锻造有限公司陕西西安710000

利用OM、SEM、XRD、TEM及性能测试等方法研究了铸态、固溶时效态Mg-6Y-3Gd-3Zn-0.5Zr合金微观组织演变及其对力学性能的影响。结果表明,铸态合金由树枝状α-Mg基体、晶界处连续网状18R-lpso和Mg_(24)(Gd,Y,Zn)_(5)混合相组成。固溶处理... 详细信息

利用OM、SEM、XRD、TEM及性能测试等方法研究了铸态、固溶时效态Mg-6Y-3Gd-3Zn-0.5Zr合金微观组织演变及其对力学性能的影响。结果表明,铸态合金由树枝状α-Mg基体、晶界处连续网状18R-lpso和Mg_(24)(Gd,Y,Zn)_(5)混合相组成。固溶处理后大部分Mg_(24)(Gd,Y,Zn)_(5)相与少部分18R-lpso相回溶到基体内。250℃和300℃时效处理后,合金基体内析出了大量层片状14H-lpso、Mg_(3)(Y,Gd)及Mg_(5)(Y,Gd)相。400℃时效处理后,晶内只析出了14H-lpso相。铸态合金的抗拉强度和伸长率分别为222.7 MPa和4.1%。时效处理后合金强度均有所下降,伸长率略微上升。400℃峰时效合金由于晶内析出的14H-lpso数量多、尺寸大,抗拉强度下降最多,相比铸态下降了39 MPa。

关键词： Mg-Y-Gd-Zn-Zr合金 lpso相热处理力学性能