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Mg-3Al-3Sn镁合金微观组织、拉伸性能与变形机制

南小龙  
【摘要】:镁合金具有低密度、高比强度以及较好的再循环利用性等优点,在轻量化、节能、环保等诸多方面受到青睐。然而,镁合金在加工成形过程中易产生强基面织构,导致室温塑性成形能力较差。随着镁合金织构的弱化,加工硬化能力明显增强,能够获得均匀稳定的塑性变形,提高了塑性成形能力。因此,镁合金织构弱化的研究成为目前镁合金强韧化设计的热点问题。需要指出的是,对于弱织构镁合金的高塑性变形机理还需要更深入研究。同时,尽管铸造镁合金具有均匀弱织构,但是多数铸造镁合金塑性较低,而且铸造镁合金变形机理的研究相对较少,为了扩展其应用潜力,铸造镁合金的强韧化设计和变形机理研究同样具有重要意义。本论文针对新型高塑性铸造Mg–3Al–3Sn(AT33)合金,着重研究了其室温高塑性的变形机制以及合金元素与织构演化的作用,同时研究了预变形对AT33合金中第二相时效析出的影响,探索了镁合金板材强韧化处理工艺。 本文主要研究结果如下: 1)铸造AT33合金室温变形时具有很强的加工硬化能力,且力学性能的应变速率敏感性较低,在应变速率范围为1.0×10–1–1.0×10–4s–1时,抗拉强度和断裂延伸率均超过了220MPa和30%;屈服强度具有很强温度依赖性,当温度由室温增加至100oC和200oC时,屈服强度从81MPa降低至73MPa和52MPa。 2)发现了铸造AT33合金室温拉伸和压缩变形时产生了新的织构,通过施密特取向因子和位错密度的计算,提出了基面织构的改变引起了变形方式激活差异,从而导致了变形后期拉伸–压缩加工硬化速率不对称性;揭示了铸造AT33合金室温高塑性变形机制,发现室温高拉伸塑性与非基面a、 c+a滑移和{1011}孪晶的容易激活以及动态再结晶(DRX)的产生有关。 3)优化了AT33合金轧制工艺,探索了初始晶粒尺寸和异速比对轧制组织和力学行为的影响规律。对两组不同晶粒尺寸的铸造AT33合金进行五道次轧制成形,发现在一定尺度范围内当初始晶粒尺寸较大时,轧制成形后晶粒尺寸更小,强度更高;相比于同步轧制,差速轧制细化了晶粒,增强了基面织构且同时促进了退火组织中第二相的析出,显著提高了铸轧AT33合金轧制薄板的屈服强度,即屈服强度由同步轧制时的173MPa,提高至差速轧制时的219MPa。 4)研究了预压缩变形对挤压AT33合金中第二相时效析出的影响规律,发现ED和ND方向预压缩变形时引入的大量{1012}孪晶和c+a位错缺陷,在随后进行时效析出时促进了-Mg2Sn相的形核析出,增加了时效组织中第二相数量密度;揭示出了挤压AT33合金中-Mg2Sn相与-Mg的共格取向关系为(220)β∥(0001) α,[001]β∥[1210]α;发现孪晶界处-Mg2Sn相形核时以孪晶界作为对称面,位于孪晶区部分与-Mg具有共格关系。 5)揭示了细晶轧制AT33薄板高温变形时-Mg2Sn相的强化行为,发现弥散分布的纳米级-Mg2Sn颗粒具有很强的位错钉扎作用,在变形初期抑制了动态回复,增强了加工硬化能力,提高了板材高温强度;同时,第二相-Mg2Sn引起的高密度位错塞积促进了变形后期DRX的产生,获得了稳定的塑性流动,提高了板材高温塑性。 6)基于挤压AT33合金中的第二相析出调控研究,优化了AZ61镁合金轧制薄板强韧化热处理工艺,为镁合金轧制板材提高强度提供了新的思路。与再结晶退火(300oC/0.5h)相比,采用直接时效(200oC/12h)和再结晶时效(300oC/0.5h+180oC/48h)处理后,屈服强度均被显著提高了约50MPa,获得了较高的综合力学性能。 总之,本文中对新型铸造AT33合金室温高塑性变形机制的探究,丰富了镁合金变形机理的研究工作,对目前弱织构镁合金高塑性变形行为的研究具有借鉴意义;同时,通过预变形引入大量位错或孪晶缺陷,调控了第二相时效析出,为镁合金轧制板材强化提出了新的思路。


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1 南小龙;Mg-3Al-3Sn镁合金微观组织、拉伸性能与变形机制[D];吉林大学;2015年
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