含Mn的Mg-Zn系合金中先析α-Mn相晶体学特征与棒状β'1相析出形核的关联性研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51701172
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0104.金属结构材料与力学行为
- 结题年份:2020
- 批准年份:2017
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2018-01-01 至2020-12-31
- 项目参与者:陈旭; 李发国; 杨熠; 罗文忠; 曹红帅;
- 关键词:
项目摘要
Mg–Zn alloys, the high strengths of which are mainly determined by the β'1 rod-shaped precipitates, show great potential for the development of low-cost and high-strength precipitation-hardened wrought magnesium alloys. Some studies indicate that the addition of Mn element can result in a significant enhancement in age-hardening and strengths. Mn element distributes dispersively in the Mg matrix mainly as pure α-Mn phases which can act as heterogeneous nucleation sites for the β'1 rod-shaped precipitates during the aging treatment, resulting in a finer distribution of precipitates. Although it has been demonstrated that addition of Mn can enhance the age-hardening response of Mg-Zn alloys, it remains to understand the mechanism how the α-Mn phases can apparently enhance the nucleation rates and, thus, the volume fraction of β'1 rod-shaped precipitates. It is unclear why various forms of α-Mn phases coexist, as well as various orientation relationships coexist between α-Mn and Mg matrix. In this project, the advanced analysis methods such as high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy (HAADF) and three-dimensional (3D) tomography are used to investigate the microstructure of Mg-Zn-Sn(-Mn) alloy. The crystallographic nature of the coexistence of various forms of the α-Mn phases and various orientation relationships between the α-Mn and the matrix can be clear by the accurate and thorough characterization of the crystal structure, forms and orientation relationship of these α-Mn phases. The mechanism that the α-Mn phases facilitate the nucleation rate of the β'1 rod-shaped precipitates can be revealed via the quantitative characterization of the orientation relationship and interfacial structure among the α-Mn phase, β'1 rods and Mg matrix. This project will enrich the theory of manipulating precipitate shape in magnesium alloys, and provide a foundation on the design of high performance precipitation-hardened magnesium alloys by alloying.
Mg-Zn系合金是一种极具研发前景的低成本、高性能析出强化镁合金体系,其主要强化相为棒状β'1相。添加Mn可以显著增强Mg-Zn系合金的析出强化效果和强度,主要是由于先析出的α-Mn弥散相在时效过程中会成为β'1相的优先形核位置,从而大幅提高了β'1相的形核率和体积分数。然而,对于α-Mn相的形态和晶体学特征及其对β'1相析出形核和长大的影响机制还缺乏充分的认识。基于此,本项目以Mg-Zn-Sn(-Mn)合金为研究对象,通过对α-Mn相形貌和位向关系的准确表征,揭示α-Mn相同时存在多种形貌和多种位向关系的晶体学本质;通过对不同时效阶段α-Mn相与基体、析出相之间位向关系及界面结构原子尺度的定量表征,结合相变晶体学理论,阐述α-Mn相的形貌和界面特性对β'1相析出形核和形貌改变的微观机制。本项目可以丰富镁合金中的析出相调控理论,为通过合金化提高镁合金的性能及开发新合金提供理论依据。
结项摘要
Mn元素添加对于析出相(尤其是棒状β'1相)的形核及形貌调控起到重要作用,然而对于Mn元素的存在形式及其对棒状β'1相形核长大的作用机制还缺乏充分的认识。基于此,本项目以Mg-6Zn-4Sn(-1Mn)高性能变形镁合金为研究对象,主要开展了如下研究:(1)Mg-6Zn-4Sn-1Mn合金中α-Mn相的形态和特征,研究了从铸态经均匀化、热挤压直到固溶处理的过程中Mn元素存在形式的演变过程;(2)研究了Mg-6Zn-4Sn-1Mn合金时效过程中析出相(尤其是棒状β'1相)的组织演变,确定了棒状β'1相与Mg基体、α-Mn相三者之间的位向关系;(3)结合α-Mn相形态和位向关系结果,探讨不同形貌α-Mn析出相的形成和生长机制,分析α-Mn相对棒状β'1相析出形核的作用机制。获得主要结果:(1)Mn主要以单质相存在,对原有物相组成没有影响;(2)Mn能细化铸态枝晶,弥散分布在基体和第二相内;均匀化处理后,残留共晶化合物中有Mn富集,基体内部析出了α-Mn相,呈现杆状和多边形状;挤压后,α-Mn析出相能阻碍晶界迁移,抑制动态再结晶,具有明显细晶作用;固溶后,含Mn合金晶粒尺寸远小于未含Mn合金,先前析出的α-Mn相会发生长大;(3)不论是挤压态还是时效态,含Mn合金力学性能都远大于未含Mn合金。对于挤压态而言,Mn起细化晶粒和弥散强化作用;对于时效态而言,α-Mn颗粒相可以起到阻碍固溶处理态晶粒的长大,时效处理过程中还可以作为β''1杆状相的异质形核核心,促进β'1杆状相的析出;(4)Mn在试验合金中的作用主要包括:改善铸造性能、细化晶粒、异质形核核心和提高室温力学性能等,采用高分辨电子显微技术分析了α-Mn和β'1(MgZn2)杆状相的位向关系,证实了两者呈共格关系,因此α-Mn颗粒在时效过程中可以作为β''1杆状相的异质形核核心。本项目的研究为(微)合金化元素在析出相形核及形貌调控方面的作用有更为深刻的理解,为通过微合金化提高镁合金的性能及开发新型Mg-Zn系高性能镁合金提供理论依据。
项目成果
期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Effect of organically modified sepiolite as inorganic nanofiller on the anti-corrosion resistance of epoxy coating
有机改性海泡石作为无机纳米填料对环氧涂料防腐性能的影响
- DOI:10.1016/j.epsl.2021.117290
- 发表时间:2020
- 期刊:Materials Letters
- 影响因子:3
- 作者:Xiong Hailong;Qi Fugang;Zhao Nie;Yuan Heng;Wan Pengying;Liao Bin;Ouyang Xiaoping
- 通讯作者:Ouyang Xiaoping
Effect of Heat Treatment on Microstructure and Mechanical Properties of Mg-5Zn-1Mn Alloy Tube
热处理对Mg-5Zn-1Mn合金管显微组织和力学性能的影响
- DOI:10.3390/met10030301
- 发表时间:2020
- 期刊:Metals
- 影响因子:2.9
- 作者:Lianhui Li;Hongshuai Cao;Fugang Qi;Qing Wang;Nie Zhao;Yingdu Liu;Xue Ye;Xiaoping Ouyang
- 通讯作者:Xiaoping Ouyang
Effect of Ti Transition Layer Thickness on the Structure, Mechanical and Adhesion Properties of Ti-DLC Coatings on Aluminum Alloys
Ti过渡层厚度对铝合金Ti-DLC涂层结构、力学和附着力的影响
- DOI:10.3390/ma11091742
- 发表时间:2018-09-16
- 期刊:Materials
- 影响因子:3.4
- 作者:Cao H;Qi F;Ouyang X;Zhao N;Zhou Y;Li B;Luo W;Liao B;Luo J
- 通讯作者:Luo J
Microstructure Evolution and Mechanical Properties of ZM81-xSn Wrought Magnesium Alloys
ZM81-xSn 变形镁合金的显微组织演变和力学性能
- DOI:--
- 发表时间:2020
- 期刊:Rare Metal Materials and Engineering
- 影响因子:0.7
- 作者:Qi Fugang;Luo Wenzhong;Wu Chuanping;Zhao Nie;Ye Zhisong;Hou Caihong;Zhang Dingfei
- 通讯作者:Zhang Dingfei
Effect of Y Addition on the Microstructure and Mechanical Properties of ZM31 Alloy
Y添加对ZM31合金显微组织和力学性能的影响
- DOI:10.3390/ma13030583
- 发表时间:2020
- 期刊:Materials
- 影响因子:3.4
- 作者:Ye Xue;Cao Hongshuai;Qi Fugang;Ouyang Xiaoping;Ye Zhisong;Hou Caihong;Li Lianhui;Zhang Dingfei;Zhao Nie
- 通讯作者:Zhao Nie
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