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mg-gd合金及SiCp/mg-gd复合材料的研究

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Mg-Gd合金及SiCp/Mg-Gd复合材料的研究

作者：刘伟清哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本文通过连续铸造法制备了不同gd含量的mg-xgd系列合金。通过显微组织观察及力学性能测试得到了合金的最优成分，对最优成分的合金进行了热挤压变形及时效处理。同时也将此合金做为制备复合材料的基体合金，其中增强体为SiC颗粒，SiC颗... 详细信息

本文通过连续铸造法制备了不同gd含量的mg-xgd系列合金。通过显微组织观察及力学性能测试得到了合金的最优成分，对最优成分的合金进行了热挤压变形及时效处理。同时也将此合金做为制备复合材料的基体合金，其中增强体为SiC颗粒，SiC颗粒平均尺寸为10μm，体积分数分别为10%及15%。并将铸态复合材料在不同温度下进行挤压。通过OM、SEM、TEM等分析手段对不同状态下的合金及复合材料进行了显微组织观察;并利用万能拉伸机对不同状态下的合金进行了室温拉伸及高温拉伸性能测试。对组织与性能之间的关系进行了研究。研究发现，铸态mg-gd合金的晶粒粗大，随gd含量的升高，mg-gd铸态合金的晶粒逐渐减小，第二相数量逐渐增多，当gd含量较高时，第二相主要沿晶界呈半网络状分布。经标定，该第二相为mg5gd。随gd含量的升高，铸态合金的屈服强度及抗拉强度均先升高后降低，但延伸率一直降低。至gd含量为10wt.%时，合金的强度最高。热挤压后，mg-gd合金发生了明显的动态再结晶，晶粒得到明显细化，合金的力学性能得到显著提高。随挤压温度的升高，挤压态合金的屈服强度先升高后降低。在500℃挤压后强度最高，这是由于合金在挤压过程及随后的冷却过程中形成了细小的析出相。对挤压态合金进行了高温拉伸测试，随拉伸温度升高至300℃，合金的抗拉强度几乎无降低，这是由于高温稳定相mg5gd的形成抑制了高温下晶界的滑移。合金在200℃时效22h后达到峰时效。峰时效时，合金中存在大量的细小析出相，且析出相β’与基体存在一定的取向关系。峰时效时，合金的强度明显提高。 SiC颗粒的加入使铸态基体晶粒得到明显的细化，且随SiC颗粒体积分数的增加，晶粒尺寸越来越小，第二相逐渐减少。由扫描观察可知，大量的第二相在SiC颗粒表面形成，导致部分SiC颗粒被第二相完全包覆。由透射观察可知，SiC颗粒与基体的界面之间无界面反应。与合金相比，复合材料的屈服强度及弹性模量有所上升，延伸率降低。随SiC颗粒体积分数的增加，复合材料的屈服强度及弹性模量增加。热挤压后，复合材料中颗粒分布得到明显改善，且第二相与颗粒之间的界面结合状态也得到明显改善。复合材料中发生了明显的动态再结晶，且挤压后复合材料中存在较多的超细析出相。对于10vol.%SiCp/mg-10wt.%gd复合材料，随挤压温度的升高，颗粒分布越来越均匀，且热挤压后复合材料中析出了数量较多的细小弥散析出相。这些都将对复合材料力学性能的提高起积极作用。但随挤压温度的升高，复合材料中再结晶晶粒尺寸逐渐增大，且第二相与颗粒之间的界面改善情况逐渐减弱，这些又不利于强度的提高。因此，500℃为最佳挤压温度。15vol.%SiCp/mg-10wt.%gd复合材料550℃挤压后的力学性能优于在500℃挤压后这是因为复合材料在550℃热挤压后具有更加均匀的SiC颗粒分布及更多的细小析出相。

关键词： mg-gd合金镁基复合材料搅拌铸造热挤压显微组织力学性能

mg-gd合金室温变形行为的原位观察及分析

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Mg-Gd合金室温变形行为的原位观察及分析

作者：申利权上海交通大学

学位级别：硕士

镁合金晶粒内部的变形机制及晶粒间变形机制的交互作用对宏观的应力应变反应具有重要的影响,但是目前缺乏介观尺度针对镁合金晶粒度、晶粒间位向等因素对变形行为影响的讨论;开展镁合金介观尺度变形行为的研究,讨论晶粒间位向关系、晶... 详细信息

镁合金晶粒内部的变形机制及晶粒间变形机制的交互作用对宏观的应力应变反应具有重要的影响,但是目前缺乏介观尺度针对镁合金晶粒度、晶粒间位向等因素对变形行为影响的讨论;开展镁合金介观尺度变形行为的研究,讨论晶粒间位向关系、晶界结构等对位错滑移、孪生、晶界滑动和转动等变形机制的影响具有重要的意义。本研究拟制备不同晶粒度、具有织构差异性的mg-gd合金,采用原位背散射电子(EBSD)及扫描电镜(SEM)的分析方法,跟踪室温变形过程中晶内变形机制(滑移、孪生)及晶间变形协调性(晶界滑动、微裂纹萌生和扩展),分析晶粒度、织构及晶界结构等对晶内及晶间变形机制的影响,探讨开发高成形性能镁稀土合金材料的理论依据及方法,取得了如下进展:对比分析了gd含量对挤压态mg-gd合金棒材微观组织和力学性能的影响,随着gd含量的升高,连续动态再结晶过程因溶质拖拽效应而受到抑制,继而引起mg-gd合金微观组织不均匀。mg-0.5gd挤压态合金的织构呈现典型的基面丝织构,而挤压态mg-2gd、mg-5gd合金织构发生明显改变,形成了弱稀土织构。织构的差异直接导致了挤压态mg-x gd合金室温力学性能的不同,其中mg-0.5gd合金的室温屈服强度更高(达255MPa),而mg-2gd和mg-5gd合金的室温延伸率更好(>35%)。研究了退火工艺对mg-x gd合金再结晶及晶粒长大的影响,结果表明:合金在退火过程发生了静态再结晶,晶粒随着退火时间的延长而长大,获得了平均晶粒尺寸(5-57μm)不同的退火态mg-2gd合金。退火过程中,由于静态再结晶过程的择优形核和晶粒的择优长大,织构组分逐渐减弱,和织构组分逐渐增强。此外,退火处理能有效地改善合金的力学性能拉压不对称性,并且mg-2gd合金在5-57μm的晶粒尺度范围内依然满足经典的Hall-Petch关系。对mg-2gd挤压态(挤压温度300℃;13.6μm)和退火态(400℃/60min;38.5μm)合金进行室温原位拉伸试验,结合原位EBSD和原位SEM表征和分析了不同晶粒度mg-2gd合金的室温变形行为,结果表明:挤压态mg-2gd合金中,晶界的滑动和转动以及位错滑移成为室温拉伸变形的主要协调机制,而孪生机制对应变的贡献很小;在退火态mg-2gd合金中拉伸孪生和位错的滑移成为室温拉伸变形的主要协调机制,而晶界的转动和滑动对应变的贡献较小。研究发现在镁合金中,细晶组织能有效地抑制孪晶的形核。挤压态合金由于具有更为细小的晶粒(13.6μm),晶粒间的协调性更好,拉伸孪生过程受到抑制;退火态合金晶粒尺寸较大(38.5μm),孪晶容易开动,而晶粒的转动和滑动受到抑制。此外,变形过程中的孪生形核方式为滑移诱发孪晶形核(slip-induced twinning),孪生的大量开动能促进更多的滑移系开动,增强合金的变形协调性。引入了一个描述相邻晶粒基面滑移几何兼容性参数m,充分讨论晶粒度、晶粒施密特因子、晶粒间取向差等因素对微裂纹的萌生和扩展的影响,结果表明:在室温拉伸变形过程中,挤压态和退火态mg-2gd合金的微裂纹都在晶界处萌生,影响微裂纹萌生的主要因素有:晶界与拉伸加载方向的夹角、孪晶的形核和长大、相邻晶粒的基面滑移开动情况(m值的大小)。当晶界和拉伸加载方向的夹角越大,孪晶的形核受到的抑制越强,m值越小,越有利于微裂纹在晶界的萌生。然而微裂纹向相邻晶界的扩展行为并不依赖m值的大小,微裂纹往往更趋于扩展到与微裂纹萌生的晶界连接更平滑的晶界上。此外,孪晶的形核能有效释放局部应力集中,从而抑制微裂纹的扩展。

关键词： mg-gd合金原位拉伸平均晶粒尺寸晶粒取向微裂纹的萌生和扩展

时效处理和挤压后预变形工艺对mg-gd合金组织和力学性能的影响

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材料热处理学报 2020年第2期41卷 30-36页

作者：彭建古东懂刘正涛魏效明张丁非重庆大学材料科学与工程学院机械传动国家重点实验室重庆400044 重庆科学技术研究院重庆401123

将挤压态mg-4gd合金沿挤压方向进行10%预拉伸处理,然后研究了时效处理对预变形后合金组织和力学性能的影响。结果表明:预拉伸处理产生加工硬化的同时促进了变形镁合金中灰暗过渡相及明亮平衡相的形核,时效过程加速了过渡相的形成及其向... 详细信息

将挤压态mg-4gd合金沿挤压方向进行10%预拉伸处理,然后研究了时效处理对预变形后合金组织和力学性能的影响。结果表明:预拉伸处理产生加工硬化的同时促进了变形镁合金中灰暗过渡相及明亮平衡相的形核,时效过程加速了过渡相的形成及其向平衡相的转化。随着时效温度升高,明亮平衡相的平均尺寸增加。预拉伸试样经时效处理可提高力学性能,当时效工艺为210℃×24 h时,合金综合力学性能最佳,其硬度、屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为66.65 HV0.1、137.4 MPa、245.4 MPa和22.1%;时效温度升高使得合金的峰值硬度降低,但达到硬度峰值所需时间缩短且强度和伸长率均保持在较高水平。

关键词：预拉伸时效力学性能 mg-gd合金

预拉伸和时效处理对挤压态mg-gd合金组织和力学性能的影响

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材料热处理学报 2024年第2期45卷 71-77页

作者：古东懂杨欢伍文兴尹健彭建井冈山大学机电工程学院江西吉安343009 重庆大学材料科学与工程学院重庆400044

采用光学显微镜、扫描电镜、万能拉伸试验机等研究了不同预拉伸量(0%、5%、10%)及时效处理对挤压态mg-4gd合金组织和力学性能的影响。结果表明:增加预拉伸量会增加时效过程中形成的具有不规则多面体结构及gd含量相对较低的第二相的数量... 详细信息

采用光学显微镜、扫描电镜、万能拉伸试验机等研究了不同预拉伸量(0%、5%、10%)及时效处理对挤压态mg-4gd合金组织和力学性能的影响。结果表明:增加预拉伸量会增加时效过程中形成的具有不规则多面体结构及gd含量相对较低的第二相的数量,其尺寸随时效时间的延长而增加。当预拉伸量从0%增加至5%和10%时,合金的强度不断增加,但增幅逐渐减小,伸长率先迅速下降后趋于稳定。预拉伸处理与时效处理相结合可提高合金的强度但降低了伸长率,其中预拉伸10%合金在峰时效工艺下的屈服强度提高至136.29 MPa、抗拉强度提高至241.48 MPa、伸长率则降低至12.49%。与预拉伸处理相比,时效处理后合金的硬化能力和加工硬化指数值降低。合金的加工硬化率主要受预拉伸工艺的影响,但可通过后续时效处理进行有效控制。

关键词： mg-gd合金预拉伸处理时效处理力学性能加工硬化

Mn和退火工艺对挤压态mg-gd合金组织和性能的影响

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材料热处理学报 2022年第12期43卷 28-35页

作者：古东懂谢世坤彭建井冈山大学机电工程学院江西吉安343009 重庆大学材料科学与工程学院重庆400044

采用光学显微镜、扫描电镜和万能拉伸试验机等研究了Mn和退火工艺对挤压态mg-2gd合金组织和性能的影响。结果表明:mg-2gd(-0.8Mn)合金在350℃退火时晶粒缓慢长大且晶粒尺寸分布均匀,Mn对mg-2gd合金的晶粒长大有一定促进作用;mg-2gd(-0.8... 详细信息

采用光学显微镜、扫描电镜和万能拉伸试验机等研究了Mn和退火工艺对挤压态mg-2gd合金组织和性能的影响。结果表明:mg-2gd(-0.8Mn)合金在350℃退火时晶粒缓慢长大且晶粒尺寸分布均匀,Mn对mg-2gd合金的晶粒长大有一定促进作用;mg-2gd(-0.8Mn)合金在400℃退火时晶粒快速长大且产生异常长大晶粒,Mn加速mg-2gd合金晶粒长大需一定的退火时间积累。退火温度和Mn添加引发的第二相变化是合金晶粒长大的主要影响因素。加Mn后mg-2gd合金的K_(H)值减小,即晶粒尺寸对合金硬度的影响减弱。此外,Mn可加速mg-2gd合金内部残余应力的消除。当退火工艺为350℃×24 h时,mg-2gd-0.8Mn合金塑性最佳,伸长率为32.39%。

关键词： mg-gd合金 Mn 退火工艺塑性

高稀土mg-gd合金半固态等温处理过程中微观组织演变

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特种铸造及有色合金 2019年第3期39卷 238-242页

作者：程远胜卢华领陈善荣宋卓能哈尔滨工业大学金属精密热加工国防科技重点实验室广东惠州嘉瑞科技有限公司

针对稀土gd含量较高的镁合金开展了半固态等温处理研究。结果表明,温度及保温时间对该合金半固态微观组织球化效果的影响作用明显。随着温度提高,mg-gd合金中的固相颗粒含量先增大后减小,主要是由于晶粒的长大趋势、晶界液相增多、晶粒... 详细信息

针对稀土gd含量较高的镁合金开展了半固态等温处理研究。结果表明,温度及保温时间对该合金半固态微观组织球化效果的影响作用明显。随着温度提高,mg-gd合金中的固相颗粒含量先增大后减小,主要是由于晶粒的长大趋势、晶界液相增多、晶粒内部液相相互连通分割等作用的结果,而晶粒的球化效果随着温度的增加及时间的延长而提高,其圆整度系数约为1.1。

关键词： mg-gd合金半固态等温处理微观组织晶粒球化

累积叠轧法制备纳米结构mg-gd合金的组织与性能研究

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累积叠轧法制备纳米结构Mg-Gd合金的组织与性能研究

作者：罗旋重庆大学

学位级别：硕士

本研究选用mg-3gd(wt.%)合金作为研究对象,采用累积叠轧(ARB)工艺制备出了较高强度的纳米结构mg-gd合金,并在不同温度下退火优化变形组织与性能。综合采用万能拉伸机、电子背散射衍射技术和透射电子显微分析技术对各种状态合金力学性能... 详细信息

本研究选用mg-3gd(wt.%)合金作为研究对象,采用累积叠轧(ARB)工艺制备出了较高强度的纳米结构mg-gd合金,并在不同温度下退火优化变形组织与性能。综合采用万能拉伸机、电子背散射衍射技术和透射电子显微分析技术对各种状态合金力学性能和微观组织进行表征,系统研究了ARB工艺、退火工艺对纳米结构mg-gd合金组织与性能的影响规律,从元素偏聚和位错结构角度深刻揭示影响纳米结构mg-gd合金强塑性的微观机制。主要研究结果如下:(1)采用ARB方法经1-4道次处理制备出了纳米结构mg-gd合金板材,其微观结构主要由超细晶和层状纳米孪晶组成,具有较高的强度但塑性较差。ARB 1-3道次随道次增加,组织逐步细化,但在4道次时发生局部动态再结晶。经2道次ARB制备的纳米结构mg-gd合金具有较好的强塑性。(2)经退火处理后纳米结构mg-gd合金的强塑性显著改善。其中,190℃退火后合金强度相比于变形态提高了23%;290℃退火后合金的强度与变形态基本持平,而延伸率达到24.2%,塑性提高了近4倍;310℃退火后强度略微降低,但延伸率达到36.6%;360℃退火后强塑性都存在一定程度的下降,但整体性能仍显著优于原始粗晶样品。(3)对经系列温度退火的纳米结构mg-gd合金的微观组织进行TEM表征,发现经190℃退火后的纳米结构组织晶界处发生了明显的gd元素偏聚,这可能是其强度较变形态大幅提升的根本原因;290℃退火样品内部发生部分再结晶,形成超细晶和再结晶晶粒组成的混晶组织,使材料的屈服强度和加工硬化能力大大增加;310℃和360℃退火后为完全再结晶组织。(4)退火后纳米结构mg-gd合金组织中的位错主要为

关键词： mg-gd合金累积叠轧纳米结构微观组织力学性能

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挤压态mg-gd合金织构及变形孪生研究

挤压态Mg-Gd合金织构及变形孪生研究

作者：蔡婷南京理工大学

学位级别：硕士

变形孪生是调控镁合金性能的重要变形机制,但由于添加稀土元素产生织构、晶粒细化和第二相的作用,孪生在稀土镁合金中被抑制,如何在稀土镁合金中发挥孪生的作用成为研究的难点。液氮温度下轧制作为一种低温变形工艺,已被证实可以在HCP... 详细信息

变形孪生是调控镁合金性能的重要变形机制,但由于添加稀土元素产生织构、晶粒细化和第二相的作用,孪生在稀土镁合金中被抑制,如何在稀土镁合金中发挥孪生的作用成为研究的难点。液氮温度下轧制作为一种低温变形工艺,已被证实可以在HCP材料中有效激活孪晶,但目前针对液氮轧制激活镁合金孪生的相关研究依然较少,相关研究成果依然不够丰富。本课题以mg-gd二元合金为研究对象,选用室温压缩、液氮压缩、室温轧制和液氮轧制四种变形工艺开展mg-gd合金孪晶制备研究,研究孪晶激活后材料的微观组织、织构及硬度的变化规律;通过统计不同孪晶界的晶界长度比重,得到主要激活的孪晶类型,探究孪晶激活的一般规律;通过分析每一种孪晶类型下主要的织构组分,研究孪晶对织构调控的作用。结果如下:1、挤压后退火态mg-5gd在20%变形量室温压缩、液氮压缩、室温轧制和液氮轧制变形加工下制得的孪晶面积分数分别为8.20%、19.09%、20.87%和23.41%,因此液氮轧制是最有效的孪晶制备方式。在金相观察中发现,压缩和轧制两种路径的变形加工下激活的孪晶数量和孪晶方向的种类随变形量的提高而增多,随温度的降低而增多。2、mg-5gd常温单轴压缩与mg-5gd挤压后退火态织构相比,织构强度提高,且c轴开始向ED方向偏转,而液氮单轴压缩中典型压缩织构的特征更加明显且织构强度更高。mg-5gd经过常温同步轧制后大多数晶粒的c轴向ND偏转,液氮同步轧制镁合金的的c轴与ND的夹角相比于室温轧制缩小至20°以内,还形成了新的[2111]//RD织构组分。3、20%变形量室温压缩、液氮压缩、室温轧制和液氮轧制变形加工下最主要孪晶类型为{1012}拉伸孪晶和{1012}-{1211}二次孪晶,液氮温度下变形能够更多地激活{1013}压缩孪晶、{1011}-{1012}二次孪晶和{1013}-{1012}二次孪晶,而轧制变形能激活更多的{1121}拉伸孪晶,因此液氮条件下轧制所激活的孪晶最为丰富。4、孪晶呈现的宏观织构受加载路径的影响,但在同一加载路径下,不同孪晶所提供的织构组分不同,因此孪生对织构的影响可以在一定程度上弱化压缩和轧制变形条件下稀土镁合金的典型基面织构。

关键词： mg-gd合金挤压轧制晶体学织构变形孪生塑性变形机制

汽车发动机阀盖用mg-gd合金的合金化效应研究

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铸造技术 2018年第4期39卷 896-899页

作者：刘艳萍王菊敏孟令威新乡职业技术学院汽车技术系河南新乡453006 新乡职业技术学院机电工程系河南新乡453006 长春工业大学材料科学与工程学院吉林长春130122

采用Al合金化的方法制备了汽车发动机阀盖用mg-gd-Al合金,研究了Al含量对mg-gd合金晶粒细化、物相组成、有效形核颗粒数量密度和尺寸分布的影响。结果表明,添加0.8%~1.3%Al可以对mg-gd合金起到明显的晶粒细化作用;当添加Al元素后,合金... 详细信息

采用Al合金化的方法制备了汽车发动机阀盖用mg-gd-Al合金,研究了Al含量对mg-gd合金晶粒细化、物相组成、有效形核颗粒数量密度和尺寸分布的影响。结果表明,添加0.8%~1.3%Al可以对mg-gd合金起到明显的晶粒细化作用;当添加Al元素后,合金中除了α-mg基体和mg5gd相外,还出现了Al2gd和(mg,Al)3gd相;随着合金中Al含量的增加,mg-gd合金中有效形核颗粒的数量密度逐渐增加,且有效形核颗粒的尺寸有所增大。

关键词：合金化 Al mg-gd合金显微组织