微量Y对Mg–2Zn–0.1Mn–0.3Ca–xY生物镁合金显微组织、力学性能及腐蚀行为的影响

研究了添加微量Y元素对Mg–2Zn–0.3Ca–0.1Mn–xY(x = 0,0.1,0.2,0.3)生物镁合金显微组织、力学性能和耐蚀性能的影响。结果表明,当Y含量从0wt%增加到0.3wt%时,晶粒尺寸从310 μm下降至144 μm,第二相体积分数从0.4%增长至6.0%,合金的屈服强度不断提高,抗拉强度和伸长率均先降低后升高。当Y元素含量提高到0.3wt%时,合金中开始析出Mg₃Zn₆Y相,且合金具有最优异的力学性能,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为119 MPa、69 MPa和9.1%。另外,Y含量为0.3wt%时,Mg–2Zn–0.3Ca–0.1Mn–xY合金在模拟体液中表现出最优耐蚀性能。力学性能和耐蚀性能的提高主要归功于晶粒细化和析出的Mg₃Zn₆Y相。     

高成形性镁合金板材的成分优化

镁是最轻的金属结构材料。然而，镁合金板材具有织构强，室温成形性差的瓶颈难题，限制其广泛应用。虽然研究发现在Mg–Zn–Zr合金体系同添加钙或钆能弱化织构，提高成形性，但这两种元素添加后对的效果尚未有过系统比较和研究。本文旨在展现微合金添加钆和钙对于显微结构和力学性能的影响规律。本文发现，Mg–Zn–Gd–Zr 与 Mg–Zn–Ca–Zr轧板有类似的弱织构，但是Mg–Zn–Gd–Zr轧板的延伸率和成形性高于Mg–Zn–Ca–Zr。当在Mg–1Zn–0.5Zr合金中添加0.4wt%钆、0.2wt%钙时能获得最高的室温延伸率，其深冲成形性可以和铝合金板材6016相媲美。当钙的含量从0.2wt%提升至0.5wt%后，合金板材的延伸率与成形性下降，其主要原因是钙的过量添加导致了晶界脆化，降低了晶界韧性从而裂纹容易从晶界处萌生并扩展。     

低Gd含量Mg Gd Y Zr Zn镁合金组织及性能

针对Mg Gd系镁合金含Gd量高,导致成本及比重增加,文中采用溶剂保护熔炼法制备Mg 6Gd 3Y 0.4Zr x Zn ( x =1,1.5,2)镁合金。经均匀化处理、热挤压及200 ℃时效处理制得试样,通过光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)等对合金组织、力学性能进行研究。结果表明,与固溶态相比,经过时效处理后析出的第二相更细小、分布更均匀;Mg 6Gd 3Y 0.4Zr 2Zn合金T5态的抗拉强度和屈服强度分别为403 MPa和336 MPa,延伸率为7.0%,达到或接近含Gd量较高的Mg Gd Y系镁合金的综合力学性能。     

添加Zr和Mn对Mg–2.5wt%Cu–Xwt%Zn (X = 2.5、5和6.5)合金组织和性能的影响

本工作研究了添加量小于1wt%的Zr和Mn对含2.5wt% Cu和2.5wt%–6.5wt% Zn的Mg–Zn–Cu合金的显微组织、力学性能、铸造性能和耐腐蚀性能的影响。通过对硬度和电导率的测量研究,找出具有最佳力学性能的最佳热处理方案。研究表明,由于Zr具有较强的晶粒细化效应,使得合金的屈服强度显著提高。然而,Mn和Zr的存在对合金的断裂伸长率有不利影响。研究结果表明,合金结构中Mg₂Cu阴极相的析出对腐蚀行为产生了负面影响。然而,添加Mn降低了所研究合金的腐蚀速率。当铜含量为2.5wt%,锌含量为5wt%时,合金的力学性能、铸造性能和腐蚀性能得到了最佳的组合。而Mn或Zr的添加可以改善合金的性能;例如,添加Mn或Zr会增加合金的流动性。     

铸态Mg-2Nd-0.2Zn-0.4Zr-xY镁合金组织及力学性能

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X线衍射分析(XRD)及力学性能测试等手段,研究不同含量稀土元素Y(4%,6%,8%,质量分数)对Mg-2%Nd-0.2%Zn-0.4%Zr镁合金铸态显微组织及力学性能的影响。结果表明:在Mg-2%Nd-0.2%Zn-0.4%Zr镁合金中添加Y可以明显细化合金晶粒,其中加入6%Y时效果最佳;合金晶粒粒径由100μm细化至35μm。未添加稀土元素的Mg-2%Nd-0.2%Zn-0.4Zr铸态合金中主要存在Mg12Nd相;加入稀土元素Y后,Nd和Y分别以Mg41Nd5和Mg24Y5化合物形式存在,合金的力学性能得到提高。其中加入6%Y的合金综合力学性能最好,抗拉强度和屈服强度分别提高至245 MPa和150 MPa,而伸长率大幅提高至16%,较未加稀土元素Y的合金提高191%;当Y含量达到8%时,合金综合力学性能下降。     

双相Mg–8Li–4Zn–1Mn合金的微观组织、力学性能和阻尼性能的协同调控与优化

镁锂合金是目前最轻的金属工程结构材料,具有密度低、比强度高、阻尼性能好等优点,在航空航天、兵器军工、3C等领域具有广阔的应用前景。但是现有的镁锂合金绝对强度较低,而现有提升镁合金强度的方式通常带来其阻尼性能的降低,因此,实现镁合金强度与阻尼的协同调控是研究者亟待解决的问题。本文旨在研究通过热挤压来实现双相Mg–Li–Zn–Mn合金的微观组织调控与优化,以期实现合金力学性能和阻尼性能协同调控。结果表明:Mg–8Li–4Zn–1Mn合金主要由α-Mg、β-Li、Mg–Li–Zn相和单质Mn组成。热挤压过程中,合金内部发生动态再结晶,合金的晶粒尺寸由铸态的50 μm细化到5.86 μm。挤压变形后,细小的析出相均匀分布在Mg–8Li–4Zn–1Mn合金中。挤压态合金的屈服强度( YS )、抗拉强度( UTS )和伸长率( EL )分别达到156 MPa、208 MPa和32.3 %,较铸态合金显著提升。挤压态和铸态Mg–8Li–4Zn–1Mn合金均呈现出优异的阻尼性能,在应变振幅为2?×?10?3时的阻尼值 ( Q?1 )分别为0.030和0.033,合金阻尼性能无明显变化。热挤压变形可以显著提高Mg–8Li–4Zn–1Mn合金的力学性能,而阻尼性能无明显变化,这表明基于合金化和热变形工艺协同调控,可以实现双相镁锂合金微观组织–力学–阻尼性能之间的协同调控,研究为后续高强高阻尼镁合金的研发提供重要的理论指导。     

B和Gd复合微合金化对AZ91镁合金微观组织和力学性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)及X射线衍射分析对添加微量B和稀土元素Gd的AZ91镁合金的显微组织及相组成进行了研究,并对其室温力学性能进行了测试。结果表明,AZ91镁合金中添加Gd后,Gd与Al形成杆状或块状的Al_2Gd化合物相。含Gd的质量分数为1.0%时,铸态合金的拉伸强度为207.8 MPa,相对未加Gd时提升了27.9%。AZ91镁合金复合添加B和Gd后,合金组织发生明显的变化,在减少Gd含量的基础上添加B,可达到用微量B代替部分Gd对AZ91的强化效果。对比单一添加Gd的铸态AZ91镁合金,在达到相同力学性能的情况下,(B+Gd)复合微合金化的AZ91镁合金的Gd添加量质量分数降低了19%,从而降低了成本。     

挤压态Mg-xZn-2.8Nd-0.6Zr-0.6Cd合金组织与拉伸力学性能

采用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、万能拉伸试验机对Mg-xZn-2.8Nd-0.6Zr-0.6Cd合金的微观组织和拉伸力学性能进行研究,讨论不同Zn含量对合金力学性能的影响.研究结果表明:随着Zn含量的增加,合金的晶粒逐渐细化,双峰晶组织明显,强度总体呈上升趋势.合金B的屈服强度明显比合金C的屈服强度高,因为晶界上第二相成份的Zn/Nd原子数比发生变化,合金B(3.85％ Zn,质量分数,下同)中的Zn/Nd原子数比只为1.2左右,但是其理论值为3.10,合金C(5.20％ Zn)中的Zn/Nd原子数比为3.03左右,理论比值为4.11,导致了挤压过程中动态分解产物β1'相的数量在合金B中要比合金C中密集,使得合金B的屈服强度要比合金C的高.挤压后,合金D(6.54％ Zn)获得了最高的屈服强度和抗拉强度,分别为340 MPa和363MPa,而且保持了高达9％的伸长率.     

挤压比对AZ31B镁合金组织和室温力学性能的影响

研究了不同挤压比对AZ31B镁合金显微组织?力学性能的影响?采用光学显微镜观察了挤压棒材显微组织,通过材料万能试验测试了拉伸和压缩性能,并配合扫描电镜观察了拉伸试样的断口处显微组织和形貌?结果表明,随着挤压比的增加,组织由部分动态再结晶向完全动态再结晶过渡;合金拉伸断口由混合断裂转变为明显韧性断裂,压缩断口由解理断裂转变为准解理断裂?大挤压比可以获得良好的综合性能和细致均匀的组织,抗拉强度为310MPa,屈服强度为200MPa,延伸率为14%,并且拉伸压缩不对称性得到缓解,有利于镁合金的二次塑性加工?     

Preparation, microstructure and degradation performance of biomedical magnesium alloy fine wires

With the development of new biodegradable Mg alloy implant devices, the potential applications of biomedical Mg alloy fine wires are realized and explored gradually. In this study, we prepared three kinds of Mg alloy fine wires containing 4 wt% RE(Gd/Y/Nd) and 0.4 wt% Zn with the diameter less than 0.4 μm through casting, hot extruding and multi-pass cold drawing combined with intermediated annealing process. Their microstructures, mechanical and degradation properties were investigated. In comparison with the corresponding as-extruded alloy, the final fine wire has significantly refined grain with an average size of 3–4 μm, and meanwhile shows higher yield strength but lower ductility at room temperature. The degradation tests results and surface morphologies observations indicate that Mg–4Gd–0.4Zn and Mg–4Nd–0.4Zn fine wires have similar good corrosion resistance and the uniform corrosion behavior in SBF solution. By contrast, Mg–4Y–0.4Zn fine wire shows a poor corrosion resistance and the pitting corrosion behavior.     

钇对Mg-12Gd-1Zn-0.6Zr镁合金组织和性能的影响

为加强Mg-Gd-Y基高强镁合金的开发,拓展镁合金的应用,采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射、差热分析和拉伸试验等手段,研究了Y对Mg-12Gd-1Zn-0.6Zr镁合金组织和性能的影响.结果表明:在Mg-12Gd-1Zn-0.6Zr镁合金中,Y添加的质量分数为2％时对合金铸态组织的影响不大;当添加3％和4％会导致合金铸态组织粗化,并使合金组织中的第二相由不连续分布的细小网状变成粗大的骨骼状;添加2％～4％还可使合金挤压后的晶粒细化,其中添加2％和3％较添加4％获得更好的细化效果.此外,添加2％～4％可明显提高合金挤压后的抗拉强度和屈服强度,其中添加2％可使合金挤压后的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到348.8 MPa、256.8 MPa和14.7％.     

Mg-6Gd-Y-0.6Zr的析出行为和力学性能

利用光学显微镜、扫描电镜、X线衍射、透射电镜等手段研究添加1％Y(质量分数,下同)对Mg-6Gd-0.6Zr 合金析出行为和力学性能的影响.研究结果表明:添加合金元素Y能大大促进Mg-6Gd合金的时效析出;具有高过饱和度的Mg-6Gd-Y-0.6Zr合金在200℃表现出显著的时效硬化现象;随着时效温度的升高,晶界周围析出相极度粗化并且β'相体积分数降低、分布不均;尤其在250℃峰时效的组织中观察到Mg-6Gd合金所不具备的β'相.200℃时效72 h后,合金获得优异的力学性能,其室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为354MPa,292MPa和9.5％,250℃时抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为307MPa,220MPa和13.6％.     

工艺参数和时效处理对选区激光熔化AlSi8Mg3合金组织和力学性能的影响

选区激光熔化（SLM）技术可实现复杂金属零部件的直接近净成形，在航空航天等领域具有广阔的应用空间，然而目前SLM成形Al–Si–Mg合金主要基于传统铸造合金成分，强度较低，缺乏针对SLM技术熔体急冷特点的专用Al–Si–Mg合金新成分的设计。基于此，本研究针对SLM的技术特点，通过增加合金中镁元素的含量，设计了SLM专用高镁含量AlSi8Mg3合金新成分，并系统研究了工艺参数和时效处理对选区激光熔化AlSi8Mg3合金组织和力学性能的影响。结果表明，AlSi8Mg3样品具有良好的SLM加工性能，合金的最低孔隙率为0.07%。在高激光功率（190 W）下制备的样品中，由于在SLM加工过程中高强度本征热处理导致Mg₂Si纳米粒子从α-Al基体中析出，使得样品具有较高的Vickers硬度。样品的最大显微硬度和压缩屈服强度分别达到HV（211 ± 4）和（526 ± 12）MPa。经150°C时效处理后，由于纳米析出相数量的增多，样品的最大显微硬度和压缩屈服强度分别提高到HV（221 ± 4）和（577 ± 5）MPa，远高于目前已知大多数SLM成形的铝合金。本研究为优化SLM成形Al–Si–Mg合金的力学性能提供了新的思路。     

双峰组织ZA21镁合金棒材的拉–压不对称性及变形机制研究

本文通过挤压及热处理分别制备了两种具有完全再结晶晶粒的ZA21镁合金棒材,分别为晶粒尺寸成大小两种状态分布的双峰组织以及晶粒尺寸均匀的均匀组织,对这两种棒材沿轴向分别进行了拉伸及压缩试验,旨在研究具有双峰组织和均匀组织特征的ZA21镁合金棒材的拉伸?压缩不对称性（拉?压不对称性）,并揭示相应变形机制。结果表明,拉伸和压缩状态下双峰组织的屈服强度分别为206.42和140.28 MPa,高于均匀组织在拉伸和压缩状态的屈服强度,分别为183.71和102.86 MPa。变形过程中,拉伸状态下的柱面滑移和拉伸孪生、压缩状态下的基面滑移和拉伸孪生主导了屈服行为,导致了轴向拉?压不对称性。然而,由于拉伸状态下细晶中基面滑移的激活以及压缩状态下细晶对拉伸孪生的抑制作用,相较于均匀组织较高的拉-压不对称性（0.56）,双峰组织的拉?压不对称性（0.68）明显降低。变形过程中出现了多种拉伸孪晶,孪晶变体的选择取决于母晶可能激活的六种变体的施密特因子。此外,通过改进的霍尔?佩奇公式,发现双峰组织对屈服的强化作用取决于平均晶粒尺寸以及粗晶和细晶的占比。     

含Gd镁合金AZ81的组织和力学性能

通过组织观察和分析,结合室温和高温拉伸试验,研究了加入质量分数为1%～4%Gd对镁合金AZ81显微组织和力学性能的影响。研究结果表明:加入适量的稀土元素Gd,可使AZ81合金的晶粒得到细化,减少β(Mg17Al12)相的数量,同时生成高熔点的粒状化合物Al2Gd相,从而改善合金的显微组织。随着Gd含量的增加,在室温(25℃)和高温(150℃)下,AZ81合金的抗拉强度和伸长率均先升高后降低,且在Gd质量分数为3%时取得最大值,抗拉强度分别为260 MPa和212 MPa。     

铸态Mg-5.0Y-3.0Nd-0.5Zr合金组织和力学性能研究

对Mg-5.OY-3.ONd-0.5Zr镬合金进行熔铸和不同温度的均匀化退火.测试该合金的室温拉伸力学性能.并采用金相显微镜、扫描电镜等方法观察铸态和均匀化退火态组织.结果表明,添加稀土元素能使镁合金的铸态组织得到细化,Nd和Y分别以Mg41 Nd5和Mg24 Y化合物形式存在,均匀化退火后,试验合金抗拉强度和伸长率得到提高.其中450℃的均匀化退火效果最好,合金的抗拉强度比铸态时的提高了18.6%,塑性提高了3.5%.     

Zr添加量对Mg-6Zn镁合金组织的影响

采用光学显微镜及万能力学拉伸试验机研究Zr质量分数(0.3%,0.6%,0.9%)对Mg-6Zn合金铸态、热处理后显微组织及力学性能的影响.研究结果表明:加入Zr元素后,合金的组织由树枝状转为颗粒状并分布于晶界,Zr质量分数增加到0.9%时,晶粒边界出现组织富集,质量分数为0.6%时合金则分布均匀.铸态及热处理条件下,合金的抗拉强度均呈现先上升后下降的变化趋势,含Zr质量分数0.6%时,合金的力学性能最高,铸态拉伸强度达到249 MPa,热处理后则为274 MPa.采用等温热处理法研究合金非枝晶组织随保温温度及保温时间的变化规律,保温温度620℃,保温时间30min时,含Zr质量分数0.6%的合金非枝晶组织圆整、细小.     

冷却速度对Mg-4Zn合金组织和性能的影响

采用金相显微镜、X射线衍射仪、电子万能拉伸试验机、电化学工作站研究了冷却速率对Mg-4Zn合金的组织、力学性能、耐腐蚀性能的影响。结果表明:随着冷却速度的增加,晶粒细化,其压缩抗压强度和压缩屈服强度由普通金属型模具的249 MPa和212 MPa增加到铜管吸铸后在水中冷却时的314 MPa和231 MPa。此外,自腐蚀电位由金属型的-1.49 V增加到液氮的-1.40 V。冷却速率增加,Mg-4Zn合金的耐腐蚀性能有所改善。     

Mg-6Zn-(Al,Ca)镁合金显微组织及力学性能

利用WD-10A电子拉伸试验机和RD2-3型蠕变试验机对Mg-6Zn-(Al,Ca)系列镁合金的力学拉伸强度及高温蠕变性能进行测试,研究其显微组织对高温性能的影响,并利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射分析等方法进行分析表征.研究结果表明,Mg-6Zn-2Al-0.3Mn(ZA62)具有较好的综合力学性能,其铸态显微组织主要由α-Mg基体和致密片状Mg51Zn20共晶相组成.少量Ca加入ZA62合金后,抑制了Mg51Zn20相的析出,并代之形成了含Ca的MgZn相和τ相.随Ca加入量增加,晶间相的数量增加,合金组织中出现另一热稳定四元Mg-Zn-Al-Ca化合物相.当w(Ca)>0.5%时,合金晶粒显著细化.随Ca含量增加,合金常温拉伸强度和塑性呈下降趋势,基体显微硬度减小.加入Ca提高了合金高温拉伸强度,改善了合金蠕变性能.在175℃/70 MPa条件下,合金蠕变性能受合金晶粒尺寸影响,随晶粒尺寸的减小,蠕变变形量增加.     

两种Mg-Zn-Nd合金的微观组织和性能

利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、万能力学试验机、电化学法等手段,研究Mg97Zn1Nd2(Ⅰ)和Mg94Zn2Nd4(Ⅱ)2种镁合金的微观组织、力学性能及电化学腐蚀性能。结果表明:2种合金均由α-Mg基体相和第2相Mg12Nd组成,第2相在Ⅰ合金中呈不连续断网状分布,在Ⅱ合金中呈近似连续网状分布。Ⅱ合金较Ⅰ合金的晶粒更加细化,抗拉强度、硬度及延伸率分别由201.73 MPa、82.2 MPa及3.07%提高到220.61 MPa、87.2 MPa及5.31%。Ⅰ合金为脆性断裂,Ⅱ合金为混合型断裂。Ⅱ合金较Ⅰ合金腐蚀电流密度由-3.342 m A/mm2增大到-2.834 m A/mm2,耐腐蚀性能减弱。