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铸态AZ31镁合金坯料预变形对其成形性能的影响

赵娟妮  
【摘要】: 近年来,镁合金以其较小的密度、较高的比强度和比刚度、优异的电磁屏蔽性和阻尼性能以及易于加工成形性能和回收等一系列的优点,广泛应用于汽车、电子、通讯、航空航天、国防和军事装备等行业。目前,镁合金材料以铸件特别是压铸件居多,但是铸造镁合金由于存在组织晶粒粗大、铸造缺陷多等问题,使得在热变形过程中容易产生裂纹等缺陷,造成其使用性能和应用范围受到很大限制。Mg-Al-Zn合金是国内外研发最早的合金系,可以挤压成棒材、管材、型材,轧制成薄板、厚板,加工成锻件,且原材料来源广泛,生产成本低,是最常用的合金系列,该合金系中的典型合金包括AZ31、AZ61、AZ63、AZ80等,其中,AZ31镁合金由于具有较高的强度和延展性,成为最重要并且应用最广泛的镁合金,而铸态AZ31镁合金存在组织晶粒粗大、铸造缺陷多等问题。为了解决这些问题,本文将铸态AZ31镁合金坯料在成形前先经过预变形,细化合金组织,提高镁合金的综合性能,减少零件内部缺陷,从而满足更多结构件的需求,扩大其使用性能和应用范围。 本课题将铸态AZ31合金坯料在成形前,先在250℃、300℃、350℃、400℃、425℃五个变形温度,10%、20%、25%、30%、40%五个变形程度及0.01s-1变形速率的条件下进行预变形试验,分析其流变应力的变化情况及组织演变情况;然后分别对铸态试样及预变形后的试样进行压缩试验,分析比较压缩后的铸态与预变形态试样在变形过程中的组织及力学性能的变化情况,并通过压缩试验后合金的最大变形程度和力学性能等综合指标来确定合金的最佳预变形工艺。通过实验研究及分析讨论得出:在本实验条件下,当应变速率为0.01s-1、预变形温度为250~425℃时,铸态AZ31镁合金的预变形程度最大不能超过30%,否则,材料会发生断裂。在预变形过程中,原始粗大的晶粒被碎化,随着预变形温度的升高和预变形程度的不断增大,试样中动态再结晶现象越来越显著,再结晶晶粒在基体中所占比例逐渐增加;随着预变形温度的升高,再结晶晶粒大小不断增大。对于铸态AZ31镁合金,当预变形条件为:预变形应变速率为0.01s-1、预变形温度为400℃、预变形程度为30%时,试样在压缩后的屈服强度达到最大值,为92.37Mpa,此时材料在压缩后的变形量为56.90%。而当预变形应变速率为0.01s-1、预变形温度为350℃、预变形程度为30%时,试样在压缩后的变形量达到最大,为58.63%,此时材料在压缩后的屈服强度为91.83Mpa。因此,铸态AZ31镁合金的最佳预变形工艺条件为:预变形应变速率为0.01s-1、预变形温度为350~400℃、预变形程度为30%。在这个预变形条件下,铸态AZ31镁合金在后续的成形过程中的塑性和力学性能最好。


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