Zr在镁合金中晶粒细化行为研究进展

zn在镁合金中的作用
在镁合金中，锌（Zn）通常被用作合金元素，具有多种作用和影响。

首先，锌可以有效地提高镁合金的强度和硬度。

通过添加适量的锌，可以形成固溶体和析出相，从而改善合金的机械性能。

锌的加入可以提高合金的抗拉强度和硬度，使其更适合于一些特定的工程应用。

其次，锌还可以提高镁合金的耐蚀性。

锌可以促进镁合金表面形成致密的氧化膜，从而提高合金的耐蚀性能，延长其使用寿命。

这对于镁合金在航空航天、汽车制造等领域的应用具有重要意义。

此外，锌的加入还可以改善镁合金的加工性能。

适量的锌可以细化合金的晶粒结构，提高其塑性变形能力，使得镁合金更容易进行压铸、挤压和其他加工工艺，从而扩大了合金的应用范围。

另外，锌还可以影响镁合金的热处理行为。

锌的加入可以改变合金的热处理敏感性，对合金的热处理工艺参数有一定影响，需要在工程设计中进行考虑和调整。

总的来说，锌在镁合金中起着强化、耐蚀、改善加工性能和影响热处理行为等多重作用。

然而，需要注意的是，锌含量的增加也会对镁合金的其他性能产生影响，因此在合金设计和制备过程中需要综合考虑各种因素，以实现最佳的性能表现。

AZ91粉末状镁合金的氢化处理及组织演变摘要镁合金是目前最轻的金属结构材料具有比强度高、比刚度高、耐腐蚀、切削加工性能好、易于回收利用等一系列的优点，因而有着极其重要的应用价值与广阔的应用前景。

但是，现有镁合金常温下的塑性变形能力和塑性加工性能仍然较低，限制了其应用。

因此，提高各类镁合金的强度，改善其塑性，是拓展镁合金应用领域推动镁合金发展的关键。

通过细化晶粒制备纳米晶镁合金，能够提高现有各类镁合金材料的强度和塑性，是发展镁合金的有效途径。

当镁合金粉末经氢化—歧化—脱氢—重组工艺处理后，粉末的微观组织被大幅度细化到纳米级。

进一步研究发现，当粉末经脱氢重组后，其晶粒虽有所长大，但仍可保持在纳米级，这一过程被称为HDDR处理。

本文主要研究粉末状镁合金的氢化过程及温度、氢压对氢化过程的影响。

本研究选择应用广泛的AZ91镁合金。

采用“镁合金氩气中磨制成粉末→氢化处理→真空脱氢→组织性能分析测试”的工艺路线，来研究粉末状镁合金的氢化脱氢过程，对其微观结构，相组成的变化进行研究。

利用X 射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜（SEM）对镁中MgH2的体积分数和表面形貌的变化进行分析。

由于实验仪器出了故障，本次试验需先将仪器修理完善。

关键词：AZ91镁合金，HDDR处理，氢化反应，晶粒细化，纳米晶材料HYDROGEN PROCESSING AND MICROSTRUCTURE EVOLUTION OF AZ91 MAGNESIUM ALLOYABSTRACTMagnesium alloys is the lightest metallic structural material. Due to the unique properties, such as high specific strength and rigidity, easy to recycle and so on, they have great potential for structural applications. However, because of the plastic deformability of magnesium alloys is quite poor at room-temperature, which is an intrinsic drawback to limit their applications. So, enhancing the strength and deformability of magnesium alloy is the key to expand their applications and promote the development of magnesium alloy industry. Grain refinement is the effectual way to enhancing the strength and deformability of Mg alloy.When the magnesium alloy material was treated by hydrogenation- disproportionation-dehydrogenation-restructuring process, the microstructure of the material has been substantially refined to the nanoscale. Further studies shows that the material has been treated by dehydrogenation and restructuring process, its grains would grow up, but still remained at the nanoscale, which is called HDDR processing. The paper mainly studies how the surface of block magnesium alloy is hydrogenated and how the temperature and hydrogenpressure effect to the hydrogenation.In this study, AZ91 has been used, which is currently the most popular magnesium alloy. We study the hydrogenation and dehydrogenation process of the block magnesium alloys, its microstructure, phase composition and surface morphology by “magnes ium alloy ingotslices polishing–hydrogenated–vacuum dehydrogenation–organizations perf ormance analysis test” process. The volume fraction of MgH2 in Mg and changes of the surface topography were analyzed using X-ray diffraction and scanning electronmicroscopy analysis, respectively.KEY WORDS: AZ91 magnesium alloy, HDDR processing, hydrogenation, grain refinement, nanocrystalline materials目录第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 镁及镁合金的概述 (1)1.2.1 镁合金的优异性能 (3)1.3 镁合金的发展及应用 (4)1.3.1 镁合金的发展 (4)1.3.2 镁合金在国防、航空航天工业及汽车中的应用 (5)1.4 镁合金材料的分类及研究状况 (6)1.4.1 细晶镁合金的制备工艺及发展现状 (7)1.4.2 强应变塑性变形晶粒细化技术 (8)1.4.3 快速凝固粉末冶金细晶工艺技术 (9)1.4.4 氢化处理细晶强化镁合金工艺技术 (10)1.5 本课题的目的及意义 (11)1.6 本文的研究内容 (12)第二章实验材料、设备及方法 (13)2.1 实验材料 (13)2.2 实验主要设备 (14)2.3 试样的制备 (15)2.4 组织结构分析 (15)2.4.1 射线衍射分析 (16)2.4.2 金相显微镜分析 (16)2.4.3 扫描电镜分析 (17)2.5 实验工艺方法与过程 (17)2.5.1 试验工艺方法的确定 (17)2.5.2 试验操作流程 (18)第三章氢化处理粉末状镁合金的氢化反应机理 (20)3.1 引言 (20)3.2 镁合金的氢化反应机理 (20)3.2.1 氢分子在镁合金表面的解离吸附 (20)3.2.2 氢离子在镁合金内的扩散与反应 (21)3.3 镁合金氢化过程的影响因素 (21)3.3.1 镁合金自身因素对氢化反应的影响 (21)3.3.2 外界因素对氢化反应的影响 (23)3.3.3 AZ91镁合金氢化处理后的组织演变及分析 (23)3.3.4 镁合金氢化处理前后的组织结构 (24)第四章结论 (27)参考文献 (28)致谢 (30)附录一外文文献原文 (32)附录二外文文献翻译 (36)第一章绪论1.1 引言镁是地壳中分布最广的元素之一，占地壳重量的2.77%，为第四个最丰富的金属元素(位于Al、Fe、Ca)之后。

《Zr-Al合金显微组织等轴化研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，金属材料在各个领域的应用越来越广泛。

其中，Zr-Al合金因其优异的力学性能、良好的耐腐蚀性及适中的成本等优势，被广泛应用于航空、航天、机械、电子等工业领域。

显微组织作为决定金属材料性能的关键因素，其研究对提升材料性能具有至关重要的意义。

因此，本论文对Zr-Al合金显微组织等轴化进行研究，旨在探讨其影响因素、作用机理以及可能的应用前景。

二、Zr-Al合金显微组织概述Zr-Al合金是一种典型的两相合金，主要由α相（Zr基固溶体）和β相（Al基固溶体）组成。

显微组织主要由晶粒大小、相分布及晶界结构等因素决定。

等轴化是指合金在凝固过程中，晶粒形状由原始的枝晶形态转变为等轴形态的过程。

等轴化的显微组织有利于提高材料的力学性能和抗疲劳性能。

三、Zr-Al合金显微组织等轴化的影响因素1. 合金成分：Zr-Al合金中Al元素的含量对显微组织的等轴化有显著影响。

适量的Al元素可以促进等轴晶粒的形成。

2. 凝固条件：合金的凝固温度、冷却速率等对晶粒的形貌和大小有重要影响。

适当的冷却速率有利于晶粒的等轴化。

3. 热处理工艺：合理的热处理工艺可以改变合金的显微组织，使其向等轴化方向发展。

四、Zr-Al合金显微组织等轴化的作用机理Zr-Al合金显微组织的等轴化主要通过以下机理实现：在合金凝固过程中，溶质元素的扩散和晶界的迁移相互作用，使得晶粒逐渐由枝晶形态转变为等轴形态。

同时，合适的合金成分和热处理工艺可以促进这一过程的进行。

五、Zr-Al合金显微组织等轴化的实验研究本部分通过金相显微镜、扫描电镜及透射电镜等手段，对Zr-Al合金的显微组织进行观察和分析。

实验结果表明，在合适的合金成分和热处理工艺条件下，Zr-Al合金的显微组织可以实现等轴化。

等轴化的显微组织具有更好的力学性能和抗疲劳性能。

六、Zr-Al合金显微组织等轴化的应用前景Zr-Al合金显微组织的等轴化对于提高材料的性能具有重要意义。

2021年第1期/第70卷镁合金专题iW\B15铸造局强耐热M g-丫-N d(_G d)-Z r和M g- G d-丫—Z r系镁合金组织性能和铸造缺陷对比陈荣石1,周波1’2,李吉林1’3,单智伟4(1.中国科学院金属研究所，辽宁沈阳110016; 2.中国科学技术大学材料科学与工程学院，辽宁沈阳110016; 3.北方 民族大学材料科学与工程学院，宁夏银川750021; 4.西安交通大学金属材料强度国家重点实验室，陕西西安710049)摘要：以Mg-Y-Nd(-Gd>-Zr和Mg-Gd-Y-Zr系高强耐热镁合金为分析对象，从铸造成形方法和铸造缺陷两个方面进行了比较。

结果表明，这些合金可以采用砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、低压熔模铸造和半固态触变成形等方法铸造；铸造缺陷（如热裂和疏松等）形成机理及其对力学性能的影响与其他合金相比没有明显区別；建立了疏松缺陷与力学性能的关系。

关键词：高强耐热；镁合金；铸造工艺；铸造缺陷作者简介：陈荣石（1968-),男，博 士，研究员，研究方向为镁合金材料及其应用。

电 话：138****0711,E-mail: rschen@im 中图分类号：TG292文献标识码：A文章编号：|〇〇1-4977(2021 ) 01-0015-06收稿曰期：2020-09-11。

相比于铝合金，镁合金的绝对强度低、耐热性能差，这极大地限制了镁合金的应用范围111。

添加稀土元素能有效地改善镁合金的强度与耐高温性能；另外，稀土元素在铸造镁合金中还可以有效地减少气体、氧化物和有害元素的影响，起净化、除 气和除渣的作用121。

这些稀土高强耐热镁合金一般采用金属型或砂型重力铸造工艺。

低压反重力铸造过程中的熔体充型平稳，并且外加压力能增加补缩效果，可以改善夹杂和疏松缺陷，但关于低压铸造高强耐热镁合金的研究报道相对较少，目前还处于研发的起步阶段。

高强耐热镁合金还可以采用熔模铸造和半固态触变成形方法，但这两种成形方法在高强耐热撲合金中还不成熟。

细晶镁合金的制备方法制约变形镁合金发展的主要原因在于其较差的室温塑性变形能力，如何在较大程度上改善镁合金的塑性已成为人们关注的焦点。

常用的方法包括合金化及晶粒细化等。

而结合镁合金室温滑移系少、形变各向异性强的特点，用织构强化或软化来提高或合理利用镁合金的力学性能，已成为变形镁合金研究领域的一个重要分支。

纯镁的晶粒尺寸细化到8um以下时，其脆性转变温度可降至室温。

若采用适当合金化及快速凝固工艺将晶粒细化到1um时，甚至在室温下镁合金亦可以具有超塑性，其伸长率可达到1000%。

因此通过镁合金晶粒细化可以调整材料的组织和性能，获得具有优良变形性能的材料。

细化晶粒的方法有很多，下面介绍几种常见的制备细镁合金的方法。

1 等径角挤压（ECAP）强应变化塑性变形可以在低温度条件下使金属材料的微观结构得到明显的细化，从而大大提高其强度和韧性。

近年来研究表明，大塑性变形可以成功制备具有超细晶（微米级，亚微米级和纳米级）微观结构的金属材料。

前苏联科学家Segal于1981年提出了等截面通道角形挤压法(equal channel angular press-ing)等径角挤压法（ECAP）。

ECAP的基本原理；将润滑良好、与通道截面尺寸相差无几的块状试样放进入口通道，在外加载荷作用下，由冲头将试样挤放进入口通道，在外加截荷作用下，由冲头将试样挤到出口通道内。

入口通道与出口通道之间存在一个夹角。

在理想条件下，变形是通过在两等截面通道交截面（剪切平面）发生简单的切变实现的。

经角径角挤压后，试样发生简单切变，但仍保持横截面积不变，挤压过程可以反复进行，从而在试样中实现大塑性变形。

通过这项技术，可以不依赖粉末冶金和复杂的形变热处理而制备大体积块状细晶材料。

2 添加适当的合金化元素根据合金化原理，明确各种元素在镁中产生的作用，针对不同的需要对镁合金中添加适当的微量合金元素，并进行显微组织和结构设计，引人固溶强化、沉淀强化或弥散强化等机制，可以达到细化晶粒，调整镁合金组织，提高和改善合金性能的目的。

Al-Ti-B在Al-Si合金中的晶粒细化行为的研究进展
黄俊辉;孙明;张燕艳;翁其龙;陈治武;马启超;蔡栋梁
【期刊名称】《有色金属材料与工程》
【年(卷),期】2022(43)5
【摘要】Al-Ti-B是目前Al合金中应用最为广泛的晶粒细化剂,其晶粒细化行为受到细化剂组织状态、细化工艺、合金成分等因素的影响;尤其是应用于Al-Si系合金时,毒化效应的存在削弱了细化效果,成为制约Al-Si合金晶粒细化效果的重大瓶颈。

总结了Al-Ti-B在Al-Si合金中晶粒细化的研究进展,重点阐述了毒化效应的影响及其作用机制,归纳了外加超声能量场对细化行为的影响作用,最后展望了未来的研究
方向。

【总页数】14页(P47-60)
【作者】黄俊辉;孙明;张燕艳;翁其龙;陈治武;马启超;蔡栋梁
【作者单位】上海理工大学材料与化学学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.21
【相关文献】
1.Fe对Al-Ti-B和Al-Ti-C中间合金细化纯铝时晶粒形核与生长行为的影响
2.Zr
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镁合金强韧化方法的研究进展摘要:镁合金是一种新兴的金属结构材料,具有很好的应用前景。

本文介绍了目前镁合金强韧化处理方法和研究现状,阐述了不同强韧化方法的特点及强化机理。

关键词:镁合金强化韧化镁合金是目前最轻的金属结构材料,具有高的比强度、比刚度、减振性、导热性、可切削加工性和可回收性,而且镁是自然界中分布最广的元素之一,金属中仅次于Al和Fe而占第三位,被人们誉为“21世纪最具发展潜力和前途的绿色工程材料”[1～3]。

强韧性较低是限制镁合金广泛应用的主要原因之一,因此提高镁合金的强韧性是目前镁合金研究的重点之一。

本文综述了近年来国内外提高铸造镁合金强韧化的方法。

1 合金化目前,提高铸造镁合金的强韧化的一个主要方法就是合金化,即向纯镁中添加合金化元素,利用固溶强化、沉淀硬化和弥散强化来提高合金的常温及高温性能[4～7]。

来提高镁的物理、化学和力学性能。

合金化设计从晶体学、原子的相对大小,以及原子价、电化学因素等[8]方面进行考虑,选择的合金化元素应在镁基体中有较高的固溶度,并且随着温度变化有明显的变化,在时效过程中合金化元素能形成强化效果比较突出的过渡相。

除了对力学性能进行优化外,还要考虑合金化元素对抗蚀性、加工性能及抗氧化性的影响。

根据合金化元素对二元镁合金机械性能的影响,可以将合金化元素分为三类[4～6]。

①提高强度韧性的(以合金元素作用从强到弱排序)。

Al,Zn,Ca,Ag,Ce,Ga,Ni,Cu,Th(以强度为评价指标)。

Th,Ga,Zn,Ag,Ce,Ca,Al,Ni,Cu(以韧性为评价指标)。

②能增强韧性而强度变化不大的,如Cd,Tl,Li。

③明显增强强度,而降低韧性的,如Sn,Pb,Bi,Sb。

[9]1.1 固溶强化[10]固溶强化是合金化元素(溶质)完全溶入基体金属(溶剂)中,溶质原子在溶剂晶格点阵处取代了溶剂原子,从而通过原子错排及溶质与溶剂原子之间弹性模量的不同而强化基体金属。

另外,如果溶质原子能提高合金熔点,增大弹性模量,减小原子的自扩散,则抗蠕变性也随之得到改善。