AZ31镁合金的研究进展

综述了AZ31镁合金基本特征,讨论了主要合金元素对AZ31镁合金组织和性能的影响、AZ31镁合金的力学性能以及AZ31镁合金的晶粒细化、超塑性的研究现状,对AZ31镁合金的发展前景进行分析,指出应加强其成形技术、镁基复合材料和AZ31镁合金基础理论的研究．     

H68/AZ31B复合板连接界面接合形貌及力学性能

镁/铜合金金属层状复合板兼具镁合金轻质高强和铜合金耐蚀性优及导电性好的特点，属于结构和功能与一体的复合材料。本文提出采用爆炸焊接方法制备H68/AZ31B复合板，并对其连接界面形貌、微观组织形貌特征及界面微区力学性能进行系统表征分析。对界面区组织进行EDS和TEM分析研究发现，其连接界面过渡区有三部分典型特征:1）靠近H68铜合金侧的扩散层组织；2）局部金属熔化的凝固结晶组织，其组织成分包括Cu、CuZn₂和α-Mg；3）靠近AZ31B镁合金侧的大塑性变形区；对近界面区的组织进行EBSD分析发现，H68铜合金侧的组织呈现混合孪晶组织的多边形规则晶粒形貌，而靠近AZ31B镁合金侧的组织呈现细小的等轴再结晶晶粒形貌；采用纳米压痕对连接界面过渡区进行测试表征发现，过渡区组织硬度远高于两侧基体的硬度。综合分析发现，爆炸焊接H68/AZ31B复合板连接界面的接合机理可以归纳为两侧基体金属合金的互扩散和界面微区金属局部熔化凝固结晶的冶金结合机理。     

铸造1060/AZ31包铝镁合金界面结构与显微组织

为探索和改善轧制包铝镁合金板的界面结合状况,用气体保护铸造法制备了1060铝板包覆AZ31镁合金铸锭．借助金相显微镜、扫描电镜以及X射线衍射等分析方法,研究了复合铸锭芯材及界面的显微组织和相结构,并进行了硬度测试．发现AZ31镁合金芯材组织由α-Mg基体以及沿晶界分布的不连续网状α-Mg＋p＋Mg17A112共晶体组成,是一种典型的铸造离异共晶组织．铸造包铝镁合金锭界面形成扩散溶解层,扩散溶解层由α-Mg固溶体层、共晶层（α-Mg＋β＋Mg17A112）、β-Mg17A112及A1Mg化合物层组成,形成具有多层结构的冶金结合界面．提出了浇注AZ31熔体的瞬间在1060铝板表面形成“熔池”并快速凝固的界面形成机制．     

泡沫铝及其三明治结构累积叠轧制备

通过累积叠轧法制备泡沫铝.采用称重法研究泡沫铝孔隙结构,利用光学显微镜观察泡沫铝孔隙形貌.发现以TiH2为发泡介质,当发泡温度660～680℃和发泡时间6～10 min 时,利用累积叠轧法制备泡沫铝的孔隙结构特性最好.发泡温度和发泡时间的最佳值与发泡剂用量有关,TiH2质量分数为1.5%,在670℃发泡8 min,泡沫铝的孔隙率可达到42%,孔径为0.43 mm.以制备的泡沫铝为夹芯,通过轧制复合制备了 TC4钛合金/泡沫铝芯和1Cr18Ni9Ti 不锈钢/泡沫铝芯三明治板.利用光学显微镜和能谱仪研究了三明治板的界面.面板与芯板间的化合反应形成了界面的反应层,界面实现了冶金结合.     

泡沫铝及其三明治结构累积叠轧制备

通过累积叠轧法制备泡沫铝.采用称重法研究泡沫铝孔隙结构,利用光学显微镜观察泡沫铝孔隙形貌.发现以TiH2为发泡介质,当发泡温度660～680℃和发泡时间6～10 min时,利用累积叠轧法制备泡沫铝的孔隙结构特性最好.发泡温度和发泡时间的最佳值与发泡剂用量有关,TiH2质量分数为1.5%,在670℃发泡8 min,泡沫铝的孔隙率可达到42%,孔径为0.43 mm.以制备的泡沫铝为夹芯,通过轧制复合制备了TC4钛合金/泡沫铝芯和1Cr18Ni9Ti不锈钢/泡沫铝芯三明治板.利用光学显微镜和能谱仪研究了三明治板的界面.面板与芯板间的化合反应形成了界面的反应层,界面实现了冶金结合.     

碳纳米管增强AZ91D复合材料微区应力场的有限元模拟

采用有限元方法仿真模拟碳纳米管(CNTs)增强AZ91D镁合金复合材料CNTs/AZ91D中碳管以及周围的微区应力场,并且对弹性条件下与弹塑性条件下镁合金基体等效应力场和碳纳米管等效应力分布进行对比.结果表明,CNTs/AZ91D复合材料在相同拉力下,整体轴向变形比未加CNTs的AZ91D复合材料轴向变形明显减小,应力集中现象仅出现在CNTs与AZ91D基体接触的两端面上,应力的最大值处于CNTs端口附近,镁基复合材料的强化主要来自增强体的强化作用.复合材料的破坏是从界面处开始,其破坏机制是界面脱开.     

TA1/Q235钢复合板累积叠轧焊界面特性

对TA1/Q235钢复合板累积叠轧焊进行了研究.研究结果表明:采用累积叠轧焊方法能够制备出结合性能较好的钛/碳钢复合板,其结合强度随着累积变形量与首道次变形量的增加而提高,叠轧过程中经磨床打磨与喷丸处理获得洁净、新鲜并具有一定加工硬化程度的结合界面,会促进复合板结合强度的提高.800℃以下热轧后,Q235钢的组织呈明显的条带状;而850℃以上热轧后,Q235钢条带状变形组织逐渐转化为等轴状,界面附近的Q235钢脱碳,出现明显的排列整齐且粗大的铁素体晶粒带.钛侧的组织主要有等轴α组织和魏氏α组织.综合考虑轧制温度对钛与Q235钢组织与界面结合性能的影响,累积叠轧温度应控制在800～850℃之间.     

累积叠轧Al/Cu复合板界面反应层核-壳结构形成机制

采用累积叠轧(ARB)结合多次退火处理制备了Al/Cu复合板,重点研究了Al/Cu界面反应层核-壳结构形成机制. 结果表明:Al/Cu界面反应层的形成主要依赖于退火过程中铜原子在界面处的扩散,反应产物包括Al₂Cu、AlCu、Al₄Cu₉. 轧制变形致使反应层破碎并在基体中均匀分布,轧后退火处理导致新的反应层不断形成.最终经多次叠轧及退火处理,原始铜板材全部转变为椭球状具有核-壳结构的Al/Cu金属间化合物颗粒. 8道次复合板抗拉强度最高,达到176.8 MPa,是退火态1060抗拉强度的1.74倍;0道次复合板延伸率较好,主要是Al/Cu界面分层后铝层均匀塑性变形,应力缓慢释放所致.     

大应变挤出切削制备AZ31镁合金超细晶带材工艺研究

运用大应变挤出切削(LSEM)方法,采用前角为15°且切屑压缩比λ可调节(分别为1.5,1.0和0.5)的组合刀具制备了具有超细晶结构的AZ31镁合金带材,分析了带材的成型性和形貌,并对比分析带材的显微组织和测量显微硬度。结果表明,切屑压缩比对带材成型有直接的影响,LSEM能显著地细化AZ31镁合金的晶粒及改善其显微组织;晶粒细化后,AZ31镁合金的维氏硬度获得近33%的提升。     

空心陶瓷/AZ91D复合材料组织的研究

通过搅熔铸造法制备了平均粒径为100μm,质量分数为6%空心陶瓷增强镁合金复合材料(AZ91D/FAC).研究不同质量分数的空心陶瓷对复合材料的组织的影响,利用XRD分析了AZ91D/FAC复合材料的物相,界面形貌及成分由配置能谱分析(EDS)的扫描电镜(SEM)来确定.结果表明,空心陶瓷增强AZ91D镁合金复合材料的布氏硬度比基体有较大的提高.通过O-lympus对组织的观察发现基体引入空心陶瓷后,组织细化,AZ91D镁合金铸态网状Mg17Al12消失.根据EDS分析及热力学计算,可知基体内有Mg2Si生成,界面产物为MgAl2O4.     

铈对AZ31镁合金铸态组织的影响

研究了Ce对AZ31镁合金铸态组织的影响.研究结果表明:添加0.5～1.5 wt%Ce到AZ31镁合金中不但不能细化舍金的晶粒,反而使合金的晶粒变得粗大,并且粗化趋势受Ce加入量的影响较大.当添加0.5 wt%Ce到AZ31镁合金中后,合金的平均晶粒尺寸从最初的60靘增大到164靘.此后,随着Ce加入量从0.5 wt%增加到1.5 wt%,合金的平均晶粒尺寸又开始逐渐减小,但仍大于未添加Ce合金的平均晶粒尺寸.     

石墨(碳)纤维增强镁基复合材料的界面问题

概述了石墨(碳)纤维镁基复合材料(Gr(C)/Mg)的发展情况,以典型的Gr(C)/Mg复合材料(ZM5镁合金)为例,对影响Gr(C)/Mg复合材料性能的关键因素———界面结构和性能进行了分析,指出了进一步探究增强相和镁基体的界面反应、界面状态和界面的结合过程,将是镁基复合材料的研究重点。     

镁铝层合板的界面结合强度对其单轴拉伸行为的影响研究

同质或异质组元板通过轧制连接而成的层合板,其界面结合强度是影响层合板力学性能和力学行为的主要因素。对用不同热轧工艺下制备的镁铝层合板(Al5052/AZ31B Mg/Al5052),采用不同的界面结合强度测试方法,得到了其法向结合强度、剪切强度、剥离强度,并讨论了各种结合强度对轴向拉伸力学性能和行为的影响。实验结果表明,不同的热轧工艺下获得的镁铝复合板,由于具有不同的界面微结构,导致了完全不同的界面结合强度,且界面的结合强度极大地影响了层合板的轴向拉伸力学性能;随着界面结合强度的增强,层合板的轴向拉伸力学性能得到了极大的提高;同时其断裂方式也由一道次的颈缩破坏转变成二道次的层间断裂破坏。     

粗晶粒铸轧AZ31镁合金的高温拉伸性能

研究了具有较大晶粒尺寸铸轧态AZ31镁合金的高温拉伸性能。通过热处理获得晶粒尺寸d=27.8μm的板材,对不同试样,在温度分别为300,350,400,450℃恒温条件下,以10^-3s^-1和10^-2s^-1恒定拉伸速率对试样进行拉伸至失效实验。结果表明,粗晶粒AZ31镁合金在450℃和10^-3s^-1条件下达到最大的延伸率106.7%。拉伸试样断口形貌的分析表明,450℃时出现丝状物质是合金出现液态Zn的结果。少量的液相可以释放应力集中和协调此时的变形过程。与细晶粒铸轧态AZ31相比,在拉伸条件相同和晶粒尺寸不同的情况下,粗晶粒的塑形较低,其原因是晶界滑移在变形时所作贡献少。     

累积叠轧焊硅钢的组织与性能研究

采用累积叠轧焊法制备超细晶硅钢薄板，并对其微观结构、力学性能及断裂方式进行分析。累积叠轧后材料晶粒呈扁平状，抗拉强度显著提高。硅钢断口边缘呈现解理断裂的“河流花样”，心部存在少量的韧窝。     

双辊铸轧镁合金薄带冷轧实验研究

采用AZ31镁合金铸锭在实验室立式等径双辊铸轧机上进行铸轧试验;对铸轧带坯直接进行冷轧和冷轧后退火处理.研究了AZ31镁合金薄带立式双辊铸轧工艺及铸轧带坯进行冷轧、轧后退火过程的组织演变行为.采用合理的工艺参数,成功铸轧出镁合金薄带,同时由于双辊铸轧快速冷却和压力下凝固成形技术特点,改善了镁合金的凝固组织.对铸轧镁合金带坯直接进行冷轧,最大变形量可以达到40.7%.经过冷轧后的镁合金板材,在350℃下退火30~60 min,可以获得平均晶粒直径为9~10μm的等轴晶细晶组织.     

超声铸造对AZ31镁合金铸锭及热轧板材组织与性能的影响

采用超声铸造方法制备AZ31镁合金铸锭,并对其组织性能进行研究.研究结果表明:超声铸造后AZ31合金铸锭晶粒尺寸平均值为140 μm,比常规铸造的铸锭品粒尺寸350 μm更细小,同时合金中第二相分布更加均匀弥散,这使合金铸锭的综合力学件能提高并有利于后续铸锭的热轧开坯.经过超声铸造的AZ31镁合金热轧后板材的品粒尺寸(5～30 μm)也比常规铸造锭坯热轧板材晶粒尺寸(40～60 μm)要细小,这使超声铸造AZ31镁合金热轧后板材的典型力学性能比常规铸造后热轧的合金板材的好,抗拉强度提高约18％,伸长率相当;超声铸造有利于细化AZ31镁合金晶粒,改善第二相在枝晶间的分布,提高合金的力学性能和加工变形能力.     

复合轧制工艺对Al/Mg复合板冶金结合层组织和性能的影响

采用AZ31镁合金和纯铝进行高温复合轧制制备镁-铝复合板,使其兼具铝的表面耐蚀性和镁合金的高比强度特性.采用金相显微镜、扫描电子显微镜和电子万能拉伸机等设备,研究了不同热轧温度及退火工艺参数对铝-镁复合界面的显微组织和结合强度的影响.结果表明：300 ℃轧制,镁-铝复合板出现严重边裂;450 ℃轧制,边裂消失;在轧制温度为400 ℃、压下率为50%、300 ℃退火2 h的条件下得到的复合板界面结合强度最大,为7.5 MPa.     

镁合金焊丝成分对镁钢异种金属CMT焊接性的影响

采用CMT冷金属过渡焊对异种金属AZ31B镁合金板和HDG60镀锌钢板进行焊接,试验中采用AZ92、AZ61、MnE21镁合金焊丝.结果表明:在合适的工艺参数下,3种焊丝都能形成较好的焊缝,但AZ92、AZ61焊丝的焊接窗口比较宽,而MnE21焊丝的焊接窗口极窄,并且焊缝处有明显的裂纹.接头的界面组织分析表明,焊接接头被分成焊缝区、中间结合区、熔合区.通过X射线衍射分析得出,当采用AZ92、AZ61镁合金焊丝时,焊接结合面主要有Mg的固溶体,还有MgFeAlO4、Mg2Zn11、Al12Mg17等化合物;采用MnE21镁合金焊丝时,焊接结合面主要有Mg固溶体,还有Mg32Al49、Al12Mg17化合物.在拉伸试验中,采用相同规格的拉伸试样,使用AZ61焊丝的接头拉剪力可达镁母材的87.5%.而采用其他2种焊丝时拉剪力较小.由此可见,AZ61焊丝更适合焊接镁钢异种金属.     

AZ31镁合金加工图研究

采用加工图理论系统的分析了AZ31镁合金在高温变形过程中的变形行为。结果表明:AZ31镁合金在塑性变形行为过程中发生动态再结晶,温度的升高和应变速率的降低有利于动态再结晶形核的形成与长大。采用加工图理论分析AZ31镁合金高温下的塑性变形行为并至关反映变形后AZ31镁合金材料的组织演化以及性能变化规律。由加工图可知材料的最佳变形条件:压缩变形过程温度为320℃~360℃、应变速率为0.5~0.05 s-1;拉伸变形过程温度为350℃~400℃、应变速率为0.001~0.000 33 s-1.