AZ31鎂合金變通道角擠壓變形時(shí)組織性能與工藝的研究.pdf

1、鎂合金是一種很有吸引力的輕金屬結(jié)構(gòu)材料，其在交通工具、電子通信、航空航天等領(lǐng)域有著廣闊的運(yùn)用前景。鎂是密排六方結(jié)構(gòu)，只有有限的滑移系，室溫下塑性成型能力差，同時(shí)也限制了鎂合金的比強(qiáng)度的大幅度提高。目前細(xì)化晶粒成為優(yōu)先考慮用來提高鎂合金強(qiáng)度和塑性的一種有效手段。作為一種全新的深度塑性變形方式，在已有的研究中，對變通道角擠壓工藝(CCAE)的微觀組織演變、晶粒細(xì)化機(jī)制和CCAE變形后細(xì)晶粒鎂合金的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能的研究都未開展，而對CC

2、AE變形工藝的理解也不夠清晰。
　　本文旨在研究CCAE變形過程中AZ31系鎂合金的微觀組織演變和變形后的力學(xué)性能以及CCAE變形工藝。重點(diǎn)討論了CCAE變形過程中的晶粒細(xì)化機(jī)制和模型，變形后的室溫壓縮性能及斷裂機(jī)制，變形后微觀組織的熱穩(wěn)定性能，以及CCAE變形過程中的擠壓力和應(yīng)變。以期對AZ31系鎂合金的CCAE變形機(jī)理和CCAE變形工藝本身進(jìn)行初步研究和探討。
　　為此，選取了應(yīng)用比較廣泛的鑄態(tài)AZ31鎂合金作為研究對象

3、。采用金相顯微分析(OM)和X射線衍射分析等手段，對不同擠壓溫度下AZ31鎂合金在CCAE變形過程中的顯微組織和織構(gòu)的演變規(guī)律進(jìn)行了分析；采用室溫力學(xué)性能測試，探討了CCAE成型后AZ31鎂合金的室溫力學(xué)性能和室溫下的斷裂方式及斷裂機(jī)理；采用透射電子顯微技術(shù)(TEM)，探討了CCAE變形過程中AZ31鎂合金的晶粒細(xì)化機(jī)制和模型；對經(jīng)CCAE變形后的AZ31鎂合金進(jìn)行了退火處理，探討了經(jīng)CCAE變形后AZ31鎂合金顯微組織的熱穩(wěn)定性能；采

4、用上限法對CCAE變形工藝進(jìn)行了數(shù)值分析，對CCAE變形過程中擠壓力和應(yīng)變的計(jì)算進(jìn)行了初步探討。取得如下結(jié)果：
　　AZ31鎂合金經(jīng)CCAE變形后，鎂合金晶粒明顯細(xì)化。變形后合金室溫延伸率隨晶粒細(xì)化而提高，屈服強(qiáng)度和硬度都隨晶粒細(xì)化而提高，與 Hall-Petch關(guān)系的趨勢符合。在250~450℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行 CCAE變形，AZ31鎂合金的晶粒隨變形溫度的降低而減小。AZ31鎂合金經(jīng)CCAE熱變形后，合金的室溫強(qiáng)韌性得到綜合改善

5、。
　　CCAE變形過程中AZ31鎂合金的晶粒細(xì)化機(jī)制可以歸結(jié)為在兩不同內(nèi)徑的通道的交接處的剪切區(qū)的剪切作用引起的晶粒破碎和整個(gè)CCAE變形過程中發(fā)生的連續(xù)動態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶(CDRR)。對于連續(xù)動態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶，變形初期在粗晶粒內(nèi)產(chǎn)生許多位錯，位錯會發(fā)生交互作用，重新排列形成位錯界面以及亞晶界，而形成的位錯界面以及亞晶界會進(jìn)一步演化為小角度晶界和大角度晶界，鎂合金得以細(xì)化。
　　對擠壓溫度為250℃的擠壓成型樣進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)

6、定性的實(shí)驗(yàn)，退火溫度范圍為200~500℃，保溫時(shí)間為30min，隨著退火溫度的升高，晶粒不斷長大，在200~275℃時(shí)，晶粒隨溫度上升呈平緩線性長大，從275~400℃晶粒長大趨于平緩，400℃以后，晶粒迅速長大。在這三個(gè)溫度區(qū)間，其晶粒長大激活能分別為：73.6，16.7，105.1kJ/mol。在高溫范圍內(nèi)的激活能介于純鎂的晶格自擴(kuò)散能(QL=135kJ/mol)和晶界擴(kuò)散能(Qgb=92kJ/mol)之間。在低溫范圍內(nèi)，其晶粒長