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铸态、挤压态和快速凝固态ZK60镁合金微观组织及压缩性能王敬丰;魏怡芸;吴夏;潘复生;汤爱涛;丁培道【摘要】Rapid solidified ZK60 magnesium alloy was prepared by copper mold casting. The micro-structure of the as-cast, as-extruded and rapid solidified ZK60 magnesium alloys were analyzed by X-ray diffractometer(XRD) and scanning electron microscope(SEM). The results show that the micro-structure of rapid solidified ZK60 magnesium alloys are refined and MgZn phases in dispersed particles are uniformly distributed in the matrix. In addition, the eutectic microstructure with high Zr content can be found in the matrix. The compression strength of rapid solidified ZK60 magnesium alloys were higher than those of as-cast and as-extruded conditions,e. g. an ultimate strength of 444MPa in rapid solidified ZK60 magnesium alloys.%采用铜模喷铸的方法制备得到快速凝固态ZK60镁合金,并通过X射线衍射仪,扫描显微镜和能谱分析仪对铸态、挤压态和快速凝固态ZK60镁合金的组织结构及相的组成进行表征.结果发现:快速凝固态ZK60镁合金的组织均匀细小,并且样品中弥散分布着颗粒状的MgZn相,除此之外,该合金中还存在尺寸较大的富Zr共晶团.通过压缩实验发现,快速凝固态ZK60镁合金具有高强度,其压缩断裂强度达到444MPa,远高于铸态和挤压态.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2011(000)008【总页数】5页(P32-35,41)【关键词】快速凝固;镁合金;压缩性能【作者】王敬丰;魏怡芸;吴夏;潘复生;汤爱涛;丁培道【作者单位】重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心,重庆400044;燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室,河北秦皇岛066004;重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心,重庆400044;重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心,重庆400044;重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心,重庆400044;重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心,重庆400044;重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心,重庆400044【正文语种】中文【中图分类】TG146.2近年来，随着航空航天及汽车等领域的快速发展，对材料的轻质高强性能提出了越来越高的要求。
镁合金微观组织和力学性能优化设计分析镁合金是一种重要的结构材料，具有很大的应用潜力。
然而，由于其低的塑性变形能力和较高的变形特性，镁合金在实际应用中存在着一些局限性。
因此，对镁合金的微观组织和力学性能进行优化设计分析是非常重要的。
镁合金的微观组织是影响其力学性能的重要因素之一。
常见的镁合金微观组织包括晶粒大小、相分布和相形貌等。
晶粒的细化可以提高合金的强度和塑性，并且有利于防止晶界腐蚀。
因此，一种常用的方法是通过增加合金中的细化相来细化晶粒。
例如，通过添加微量的稀土元素可以形成细小的稀土Mg基化合物，从而细化合金中的α-Mg相。
此外，合金的热处理也可以改善其微观组织。
通过适当的热处理工艺，可以获得均匀的细小晶粒和均一的相分布。
除了微观组织的优化，合金的力学性能也可以通过合金成分的设计进行优化。
常见的合金元素包括Al、Zn、Mn、Ca等。
这些合金元素可以通过与Mg形成亚稳定的化合物来提高合金的强度和塑性。
例如，Al的添加可以形成Mg17Al12相，提高合金的强度。
然而，过多的合金元素添加会导致合金的塑性下降。
因此，在合金成分的设计中，需要考虑合金元素的含量和相互作用，以达到合金强度和塑性的平衡。
在实际设计中，通过合金的热处理和成形工艺可以进一步优化镁合金的微观组织和力学性能。
热处理是指将合金加热到一定温度并保温一段时间，然后快速冷却以改变合金的微观组织。
常用的热处理方法包括固溶处理、时效处理和退火处理。
固溶处理可以使合金中的溶质原子溶解在基体中，从而提高合金的塑性。
时效处理可以通过形成亚稳定相来提高合金的强度。
退火处理则可以通过改善晶粒形态和晶界特性来提高合金的塑性。
成形工艺包括拔丝、挤压、铸造等，可以通过改变合金的形状和微观组织来提高合金的力学性能。
例如，通过拔丝可以使晶粒形状变细，并且有利于织构发展，从而改善合金的力学性能。
综上所述，优化镁合金的微观组织和力学性能是一项复杂的工作，需要综合考虑合金成分、热处理和成形工艺。
ECAP制备超细晶铜的组织演变、织构特征及力学性能研究ECAP制备超细晶铜的组织演变、织构特征及力学性能研究摘要：超细晶铜是一种具有优异力学性能的材料，在不同应用领域具有广泛的潜在应用价值。
本研究通过等通道转角挤压（ECAP）技术制备超细晶铜，并对其组织演变、织构特征以及力学性能进行了详细研究。
结果表明，ECAP制备的超细晶铜具有良好的织构均匀性，晶粒尺寸明显减小，且晶界弯曲度增加，导致其力学性能显著改善。
1. 引言超细晶材料由于具有良好的塑性变形能力和高强度特性，近年来受到了广泛的关注。
晶粒细化是提高材料强度和塑性的有效方法之一。
等通道转角挤压（ECAP）技术作为一种有效的晶粒细化方法，能够显著降低晶界的能量，从而得到超细晶材料。
在本研究中，我们选取了铜作为研究对象，通过ECAP制备超细晶铜，以探究其组织演变、织构特征和力学性能的变化规律。
2. 实验方法在实验中，我们选取了商用纯铜作为原料。
首先，将铜材加热至950°C，在真空条件下保温30分钟，以消除气体和氧化物的影响。
然后，将铜材通过ECAP模具进行转角挤压，重复挤压过程以增加材料的织构均匀性。
最后，用金相显微镜和扫描电子显微镜（SEM）对材料的组织演变、织构特征和晶粒尺寸进行分析，用万能试验机对材料的力学性能进行测试。
3. 实验结果与讨论通过金相显微镜观察，ECAP制备的超细晶铜的晶粒尺寸明显减小，且晶界弯曲度增加。
这是因为ECAP过程中的剪切应变导致了晶体的塑性变形，使晶界发生弯曲。
扫描电子显微镜观察结果显示，超细晶铜的织构均匀性较好，没有明显的织构偏好性。
力学性能测试结果显示，ECAP制备的超细晶铜的屈服强度和抗拉强度都有显著提高。
这是由于晶界的存在导致强化效应的出现。
此外，超细晶铜的断裂伸长率也有所增加，说明其具有较好的塑性变形能力。
4. 结论通过ECAP制备超细晶铜，可以有效地实现晶粒细化，并显著改善材料的力学性能。
超细晶铜具有良好的织构均匀性，晶粒尺寸明显减小，且晶界弯曲度增加。
ZK60镁合金热挤压变形组织及力学性能的研究与铝合金相比,镁合金的研究和发展还很不充分,目前镁合金的产量只有铝合金的1%。
镁属于密排六方结构金属,塑性变形能力差,很难加工成板、带、棒、型材等,因此镁合金主要采用铸件作为结构材料使用。
随着航空、汽车、国防、电子工业的开发和进展,现有镁合金已难以满足某些特殊的要求,迫切需要开发各种新型的高性能镁合金。
因此,积极探索改善镁合金的力学性能和成形性能的途径,对于推动镁合金材料的应用并发挥其性能优势具有重要意义。
为了推动我国的镁工业,必须大力开发变形镁合金及其生产工艺。
本研究以镁合金ZK60为研究对象,ZK60镁合金作为目前商用变形镁合金中强度最高者,提高塑性对扩大其应用至关重要。
选择热挤压做为处理ZK60镁合金的技术方法。
设计出适用的热正挤压模具,根据模具准备好ZK60镁合金毛坯。
选择不同的挤压温度和不同的挤压比对ZK60镁合金进行热挤压,研究热挤压出的ZK60镁合金在挤压温度和挤压比两个条件的同时作用下显微组织和力学性能上的变化,并分析显微组织和力学性能之间的关系。
研究有以下结论:(1)在300℃～400℃温度之间进行热挤压,ZK60镁合金主要发生的是动态再结晶,动态再结晶形成机制以连续动态再结晶为主,变形机制以位错运动、晶界滑移和扩散蠕变为主。
(2)选取310℃、340℃、360℃下进行挤压,晶粒相对于铸态下有效细化,晶粒尺寸最小约在10μm左右;340℃是理想的热挤压温度,组织均匀细小,综合性能优良。
选取6.25、4、2.25三种挤压比,随挤压比的增大,晶粒细化效果逐渐增强。
(3)对热挤压出的ZK60镁合金做力学实验,包括拉伸实验和硬度测试,测试机械性能。
可以看出,晶粒细化、组织均匀越明显,力学性能上效果越好,在340℃、6.25挤压比下,硬度、抗拉强度和延伸率分别为75.5HB、378MPa和24.07%。
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镁合金微观组织和力学性能与成分设计相关性分析镁合金是一种重要的结构材料，具有低密度、高比强度和高特殊刚度等优点。
然而，由于其低的塑性变形和低的抗蠕变性能，镁合金在高温、高负载和高应变率下的应用受到了限制。
为了改善镁合金的力学性能，研究人员进行了大量的工作，其中关注镁合金的微观组织和成分设计对其力学性能的影响。
镁合金的微观组织是由晶粒和第二相组成的。
晶粒尺寸和晶界对材料的力学性能有显著影响。
通常，较小的晶粒尺寸可以提高材料的强度和韧性。
一方面，较小的晶粒尺寸可以增加晶界和位错的数量，从而阻碍位错的运动，增加材料的强度。
另一方面，较小的晶粒尺寸可以增加晶界的长度，从而增加材料的韧性。
因此，在设计镁合金的微观组织时，可以通过合理地控制固溶处理温度和时间来控制晶粒尺寸。
第二相是指在镁基体中稳定存在的弥散相或析出相。
第二相的存在可以显著改善镁合金的力学性能。
根据不同的应用要求，可以选择不同类型的第二相。
一些常见的第二相包括Mg17Al12、Al2Ca、Mg2Si、MgB2等。
这些第二相可以通过添加合适的合金元素或通过合理的热处理来形成。
例如，通过添加少量的Al元素，可以形成Mg17Al12相，可以显著提高镁合金的强度和硬度。
通过适当的热处理，可以实现第二相的析出和弥散分布，从而提高材料的韧性。
成分设计是指选择适当的合金元素和控制其含量以实现所需的力学性能。
合金元素的选择和含量对材料的晶体结构和晶粒尺寸有重要影响。
例如，在镁合金中添加较少的Al和Zn元素可以稳定Mg2Si相的形成，从而细化材料的晶粒尺寸。
另外，通过适当的合金元素选择和含量控制，还可以实现相的稳定和细化。
除了微观组织和成分设计外，固溶处理和热处理也是优化镁合金力学性能的重要手段。
通过合适的固溶处理工艺，可以实现合金元素的固溶和固液平衡，从而控制组织的稳定和晶粒的生长。
热处理是指在一定的温度和时间条件下对材料进行加热和冷却处理，以实现组织和力学性能的调控。
激光焊接ZK60变形镁合金的组织和力学性能
严红革;赵嫱;陈瓶;陈吉华;苏斌
【期刊名称】《中国有色金属学报（英文版）》
【年(卷),期】2015(025)002
【摘要】采用激光焊接技术成功焊接了2.0 mm厚ZK60变形镁合金板材并研究了焊接参数(激光功率和焊接速度)对接头组织和力学性能的影响.在优化工艺参数下,可以获得良好的焊接接头,其抗拉强度为300 MPa,伸长率为12.0％,分别高达母材的92.5％和65％.轧制板材晶粒细小且存在很多微细的析出相,对液化开裂具有抑制作用,从而没有观察到半熔化区(PMZ)的液化开裂现象.熔化区(FZ)具有等轴晶特征,平均晶粒粒径为8 μm,与热影响区(HAZ)组织特征相似.这种组织特征有助于获得较高的焊接效率.
【总页数】8页(P389-396)
【作者】严红革;赵嫱;陈瓶;陈吉华;苏斌
【作者单位】湖南大学材料科学与工程学院,长沙410082;湖南大学喷射沉积技术及应用湖南省重点实验室,长沙410082;湖南大学材料科学与工程学院,长沙410082;湖南大学喷射沉积技术及应用湖南省重点实验室,长沙410082;湖南大学材料科学与工程学院,长沙410082;湖南大学喷射沉积技术及应用湖南省重点实验室,长沙410082;湖南大学材料科学与工程学院,长沙410082;湖南大学喷射沉积技术及应用湖南省重点实验室,长沙410082;湖南大学材料科学与工程学院,长沙410082;湖南大学喷射沉积技术及应用湖南省重点实验室,长沙410082
【正文语种】中文
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ZK60镁合金细晶板材轧制工艺研究镁合金板材广泛应用于电子、交通和航空航天等领域。
通过强化轧制变形过程中的动态再结晶行为来细化晶粒和调控纳米析出相的析出,是改善镁合金板材强度和塑性的有效手段。
本文以ZK60镁合金为研究目标,采用单道次大变形量(80%)轧制,研究轧制温度(275℃～350℃),应变速率(5 s-1～25 s-1)对板材显微组织和力学性能的影响规律;探讨轧制过程中应变速率对动态析出行为的影响,以及析出相与各变形机制之间的交互作用。
得到了以下主要结论:(1)提高轧制温度和增大应变速率,均能提高ZK60合金的再结晶程度,在温度为350℃,应变速率为25 s-1轧制时,板材的再结晶体积分数最高,达到了 96.7%。
当温度低于300℃时,随着应变速率的增加,再结晶晶粒尺寸先减小后增大,在温度为300℃,应变速率为10 s-1时晶粒尺寸最小,为1.2μm。
当温度高于300℃时,再结晶晶粒尺寸随应变速率的增加先增大后减小,而后又增大。
(2)在低应变速率(5 s-1)下轧制时,再结晶程度低,未再结晶区域内含有大量的位错,板材强度高,但塑性差;提高应变速率到10s-1～20s-1,能获得细小均匀的再结晶组织,使得板材具有较好的强度和塑性;应变速率达到25 s-1时,晶粒发生粗化,降低了板材的强度。
在300℃下以10 s-1的应变速率轧制板材的综合力学性能最佳,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为358MPa、291MPa和21.5%。
(3)在300℃下轧制时,提高应变速率能显著弱化ZK60板材的基面织构,这使得板材在室温拉伸变形时,有利于基面滑移系的启动,从而提高板材的塑性。
(4)在轧制过程中,第二相主要在位错上形核析出。
应变速率对析出相的尺寸和分布有明显的影响,在应变速率为5 s-1时,析出相的尺寸最大,密度最高;随着应变速率的提高,其尺寸和密度逐渐减小。
(5)动态析出相通过钉扎位错和晶界,从而阻碍再结晶的进行。
ECAP制备超细晶材料的组织与性能分析ECAP制备超细晶材料的组织从ECAP变形过程的模拟得出：等通道挤压模具的设计、挤压道次、变形方式、挤压速度和挤压温度等对材料的组织影响极大。
研究纯铝表明，当=90°，Ψ为任何角度，一道次应变量都接近1，材料获得等轴的、大角度晶界超细晶显微结构。
纯钛在室温ECAP变形过程中显微组织的演化分为3个阶段，其中1，2道次为第一阶段，位错滑移和孪生交互作用为其晶粒细化机制，变形最为强烈；2~4道次为第二阶段，动态回复为组织演化机制；4道次以后为第三阶段，细化机制为晶界转动，微观结构主要为大角度晶界的等轴晶。
Segal认为，同一坯料挤压方式不同，多道次挤压后材料产生的组织结构也不同。
经方式A挤压后试样内形成两个相交成60°的剪切面，剪切在两个剪切面上交替进行；经方式B挤压后形成4个不同的剪切面和剪切方向，挤压在这些剪切面上交替进行；而方式C中，剪切总是在相同的剪切面上进行，每相邻道次间的剪切方向相反，ECAP中相邻两次挤压间剪切平面间夹角对晶粒细化效果的影响非常大。
杜忠泽等通过观察Q235经ECAP变形切变面和垂直面的组织得出：ECAP的Bc方式比其它方式能更有效地细化晶粒；W.H.Huang在室温下对方式Bc和C作了比较，发现两种方式得到的组织类似，随着温度升高，Bc方式获得了更多的细晶组织；挤压速度对晶粒尺寸的影响不大，只对晶粒的均匀分布有一定影响。
此外，R.Z.Valiev等指出材料初始微观结构、相组成、试样在加工过程滑移系统对ECAP组织也有重要的作用。
对于时效析出型两相合金，ECAP过程中晶粒的细化速度不及固溶态单相合金，主要由于第二相粒子θ′的影响，随着挤压道次的增加，θ′粒子被破碎、旋转而细化，第6道次以后几乎全部溶入基体中，发生显著的晶粒细化。
对于共析出型的多相合金，ECAP可迅速细化晶粒，使第二相渗碳体颗粒发生破碎、颈缩扭曲变形及部分溶解。
