电磁场作用下溶质元素在镁合金AZ61的分布

通过研究不同外场作用下镁合金AZ61的凝固组织，发现在静磁场单独作用时的晶界主要由镁基体和连续的网状化合物组成，在静磁场与交流电组合外场下的晶界主要由镁基体和网状及点状Mg-Al-Zn化合物组成，而在静磁场与直流电组合外场下晶界上的连续网状化合物彻底消失，化合物以不连续的薄片形态分布于镁基体上.相对于单一静磁场作用时，静磁场与电流共同作用时提高了镁合金晶内溶质含量，降低了晶界上的溶质含量. 关键词： 镁合金 静磁场 电流 晶内溶质含量     

强磁场对铝合金中溶质组元分布状态的影响效果

合金中溶质组元的组织形态和分布对于改善合金的组织和性能具有重要意义.本文研究了铝合金在强磁场作用下的凝固行为,考察了Al-Cu，Al-Mg合金中溶质组元的相形态、分布状况随高强度均恒磁场和梯度磁场的强度和方向变化的规律.研究发现，由于Cu元素和Mg元素的物性不同导致其在基体中受到的电磁力不同，在均恒磁场作用下，铝合金中Cu元素和Mg元素在α-Al基体晶粒内和晶界上的分布变化规律相反；在梯度磁场作用下，Cu元素和Mg元素在铝基体中含量和分布状态也有显著的差异.本研究为利用强磁场有效控制不同物性的溶质元素在合金基体中组织状态和分布提供了实验依据. 关键词： 强磁场 铝合金 溶质元素分布 凝固组织 凝固过程     

强磁与应力场耦合作用下AZ31镁合金塑性变形行为

研究强磁场对AZ31镁合金塑变能力和微观组织的作用,在3 T脉冲强磁场条件下对合金进行磁场耦合应力时的拉伸实验.采用电子背散射衍射、Ⅹ射线衍射和透射电镜分析等方法研究材料的微观组织.结果表明:与0 T拉伸试样相比,3 T拉伸试样抗拉强度和延伸率分别提高了2.2%和28.7%,说明将强磁场耦合作用于材料塑性变形过程时,能在不降低材料强度的同时提高镁合金的塑性变形能力,有助于同步改善材料强韧性.磁场作用机理主要表现为磁致塑性效应,计算表明主要合金相β(Mg_(17)Al_(12))为顺磁性,有助于发挥磁场作用效果.磁场提高了位错运动灵活性并促使位错增殖,晶界处位错堆积和应力集中促进了再结晶形成,晶粒发生细化,发挥细晶强韧化效果;同时磁场诱发塑性变形时的晶粒转动,新生成非基面取向的晶粒弱化了镁合金(0001)基面织构,该组织特征有助于提高材料的塑变能力.     

Bi，Sb合金化对AZ91镁合金组织、性能影响机理研究

利用大角重位点阵模型建立了AZ91镁合金α相［0001］对称倾斜晶界原子结构模型，应用实空间的连分数方法计算了Mg合金的总结构能，合金元素引起的环境敏感镶嵌能及原子间相互作用能，讨论了主要合金元素Al及Bi，Sb在AZ91中的合金化行为.计算结果表明，Al，Bi，Sb固溶于α相内或晶界区使总结构能都降低，起到固溶强化作用；合金元素在AZ91α相内趋于均匀分布，在晶界区易占位于三角椎上部.AZ91镁合金中加入Bi或Sb时，Bi或Sb比Al容易偏聚于晶界，从而抑制了Al在晶界的偏聚，促进基体中连续的Mg₁₇Al₁₂相的析出，提高AZ91合金室温性能； AZ91合金中(α相内和晶界区)主要合金元素Al和微加元素Bi，Sb都能够形成有序相Mg₁₇Al₁₂，Mg₃Bi₂或Mg₃Sb₂，且在晶界区形成的量大.Bi，Sb加入AZ91合金中，由于Bi，Sb抑制Al在晶界的偏聚，晶界区主要析出相为Mg₃Bi₂或Mg₃Sb₂，提高镁合金高温性能. 关键词： 电子理论 合金化 晶界偏聚 镁合组织与性能     

稀土对镁合金应力腐蚀影响电子理论研究

建立了镁合金纯净晶界及其析出Mg₁₇Al₁₂相的晶界原子集团，应用实空间的递归方法计算了铝、稀土元素在晶界的偏聚能，晶界处铝、稀土原子间相互作用能和不同体系的费米能级.讨论了铝、稀土在晶界的偏聚行为，铝、稀土原子间的相互作用与有序化的关系及稀土对镁合金晶间应力腐蚀影响的物理本质.研究发现：铝、稀土原子偏聚于晶界；铝原子间相互排斥，在晶界区形成有序相Mg₁₇Al₁₂，稀土原子间互相吸引，形成原子团簇；稀土原子团吸引铝原子，使铝原子渗入稀土团簇中，形成稀土化合物.因此，稀土具有抑制铝在晶界形成导致应力腐蚀的阴极相Mg₁₇Al₁₂的作用，提高镁合金的晶间应力腐蚀抗力. 关键词： 电子理论 镁合金 应力腐蚀 稀土     

功率超声对Al-Si合金凝固过程中溶质偏析的抑制效应

研究了功率超声作用下，直径为10 mm Al-1%Si合金键合线水平连铸坯的微观组织形貌以及溶质元素在基体中的分布情况.实验结果表明：在功率超声作用下，铸坯的凝固组织得到了细化，Si元素在α(Al)基体中的固溶度及其分布的均匀性得到了提高，溶质偏析得到了抑制.从功率超声对Al-1%Si合金凝固过程中的溶质扩散，结晶温度间隔，液穴形态，温度场和流动场以及合金微观组织形貌的影响出发，尝试性地对功率超声抑制溶质元素微观偏析的机理进行探讨性的解释和说明. 关键词： 功率超声 水平连铸 Al-1%Si合金 溶质偏析     

ＣＲＥＭ法半连铸Ａｌ合金过程中电磁场对溶质元素固溶的影响机理

实验研究了低频交变电磁场作用下， 7075合金半连铸坯微观组织形貌及各溶质元素的固溶 情况；并就电磁场对液固相线位置和结晶间隔的改变进行了测定；此外还数值模拟了电磁场 对半连铸过程中液穴内部温度场和流动场的影响.从电磁场对7075合金凝固过程中的溶质分 配系数，结晶间隔，液穴内部温度场、流动场以及微观组织形貌的影响出发，尝试性地对电 磁场的强制固溶机理进行探讨性的解释和说明. 关键词： 电磁场 半连铸 铝合金 固溶     

晶粒生长演变相场法模拟界面表达的物理模型

讨论了当前固态组织演变过程的相场法模拟模型,论证了相场法中界面的概念以及模型中界面的各种处理方法,以AZ31镁合金再结晶系统为例,研究了模型参数取值对界面特征的影响,提出了晶界作用域的概念,阐述了晶界作用域就是相场模型中界面处有序化变量的变化范围,其物理意义是界面能量的分布范围,并对应于成分界面偏析的范围.模拟得出,晶界作用域宽度主要由梯度项系数决定,晶界能则由梯度项系数和耦合项系数共同决定.对于AZ31镁合金,模拟研究了晶界作用域宽度取值的合理性和对显微组织影响的关系,得出取值为1.18 μm时,模拟符 关键词： 相场法 界面 计算机模拟 显微组织     

杂质对镁合金耐蚀性影响的电子理论研究

利用大角重位点阵模型建立了Mg合金［0001］对称倾斜晶界模型，应用实空间的连分数方法计算了杂质在晶界的偏聚能，杂质原子间相互作用能和不同体系的费米能级，讨论了杂质在晶界的偏聚行为，杂质间的相互作用与有序化的关系及杂质对镁合金腐蚀性能影响的物理本质. 计算结果表明，杂质原子偏聚于晶界，且主要偏聚于晶界的压缩区；杂质原子间相互排斥，因此在晶界区形成有序相；费米能级与材料的腐蚀电位存在这样的关系：材料的费米能级越高，其腐蚀电位就越低，容易被腐蚀，相反费米能级低，其腐蚀电位就高，不容易腐蚀. 体系中成分不同区域的费米能级差导致电子从费米能级高的区域流向费米能级低的区域，正是费米能级差构成了镁合金电化学腐蚀的电动势. 关键词： 电子理论 晶界偏聚 镁合金 腐蚀机理     

Bi，Sb及稀土元素对AZ91镁合金高温性能影响机理研究

利用大角重位点阵概念建立了AZ91镁合金基体(α相)和镁［0001］对称倾斜晶界原子结构模型,应用实空间的连分数方法计算了体系的结构能,环境敏感镶嵌能以及相互作用能.结果发现,在镁合金基体中,Al和稀土形成团簇时比较稳定,Al,Bi或Sb与稀土形成团簇时不稳定.Bi或Sb和稀土元素同时存在于AZ91镁合金中时,一方面Bi或Sb将可与RE结合形成RE₂Bi(RE₂Sb)或RE-Bi(RE-Sb)化合物弥散分布于晶界,另一方面镁合金基体中会形成Al_{11关键词： 电子理论 晶界偏聚 合金元素 高温性能}     

再结晶和外力场下第二相析出的相场法模拟

在讨论相场法模拟基本方程的基础上,提出了晶界范围宽度的新概念,解释了相场模拟模型中有序化参数梯度范围的物理意义,论证了晶界范围不是晶界原子错排的宽度,而是界面能和界面元素偏析存在范围的观点.建立了一个模拟合金再结晶的相场模型,提出了一系列法则来获得模型中各参数的物理真实值,以AZ31镁合金为例,实现了再结晶过程晶粒长大的真实时间和空间的模拟,通过与试验数据的对比证明了模型的有效性.此外,还列举了相场法模拟Ti-25Al-10Nb合金中O相在外力场作用下析出过程的一系列有趣的新结果,讨论了外力场对第二相析出的重要影响和机理以及模拟结果对合金开发潜在的重要指导意义. 关键词： 相场法 再结晶 析出 外力场     

Grain boundary relaxation in fine-grained magnesium solid solutions

Grain boundary relaxation at elevated temperatures in fine-grained pure magnesium and Mg–Al solid solutions was investigated by measuring damping capacity at low frequencies. A sharp increase in damping capacity caused by grain boundary relaxation was observed at above a certain temperature. The onset temperature depended on aluminum content; the onset temperature increased with aluminum content. It was demonstrated that aluminum was effective in suppressing grain boundary relaxation in magnesium alloys. However, additional measurement of the damping capacity of a dilute Mg–Y alloy revealed that yttrium was more effective in suppressing grain boundary relaxation.     

Nanoindentation properties and the microstructure of grain boundary precipitate-free zones (PFZs) in an AlCuSiGe alloy

We have characterized the nanoscale mechanical properties of grain boundary precipitate-free zones (PFZ's) in an AlCuSiGe alloy, using combined nanoindentation and in-situ atomic force microscopy (AFM). These mechanical properties were then correlated to the composition, precipitate distribution and, indirectly, to the vacancy concentration within these regions, as analyzed by transmission electron microscopy and spectroscopy. Using these results we constructed a structure-zone map of the area adjacent to the grain boundary, which relates the reduced elastic modulus and nanoindentation hardness of the alloy to its graded microstructure. Our analysis indicates that the lowest hardness was found in the region where no precipitates are present at all, regardless of solute concentration. In regions where precipitation is different from that of the bulk, somewhat inferior mechanical properties are achieved.     

The surface modified composite layer formation with boron carbide particles on magnesium alloy surfaces through pulse gas tungsten arc treatment

A novel fabrication process of surface modified composite layer by pulse current gas tungsten arc (GTA) surface modification process was used to deposit B₄C particles on the surface of magnesium alloy AZ31. This method is an effective technique in producing a high performance surface modified composite layer. During the pulse current GTA surface modification process, considerable convection can exist in the molten pool due to various driving forces and the pulse current could cause violent stirring in the molten pool, and the large temperature gradient across the boundary between the GTA modified surface and matrix metal resulted in rapid resolidification with high cooling rates in the molten pool, so that the process result notable grain refinement in the GTA surface modified composite layer. The hardness and wear resistance of the GTA surface modified composite layer are superior to that of as-received magnesium alloy AZ31. The hardness values and wear resistance of GTA surface modified composite layer depend on the GTA process parameters and the B₄C particles powder concentration and distribution. The optimum processing parameters for the formation of a homogeneous crack/defect-free and grain refinement microstructure were established.     

Effects of heat input on the low power Nd:YAG pulse laser conduction weldability of magnesium alloy AZ61

The effects of heat input on the low power Nd:YAG pulse laser conduction weldability of magnesium alloy AZ61 plates were investigated. The results show that for a hot-extruded AZ61 magnesium alloy plate laser conduction welding, the penetration depth and area of welds cross-section increased with an increase of the heat input. The microstructure of a band zone, which is located in the fusion zone (FZ) and close to the fusion boundary, evolved with an increase of the heat input. Moreover, an increase of the heat input increased the tendency of the formation of solidification cracking and liquation cracking. The porosities and average diameters of pores increased with an increase of the heat input but reduced sharply when a relatively large heat input was achieved. In addition, the degree of formation of craters increased linearly with an increase of the heat input.