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《湖南大学》 2007年
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镁合金高温单向压缩及多向变形行为研究

郭强  
【摘要】: 多向锻造技术是一种强应变塑性变形技术,可以细化组织,提高性能。目前国际上有关镁合金多向锻造技术的研究报道很少,为此本文以两类代表性镁合金Mg-Al-Zn系(AZ31和AZ80合金)、Mg-Zn-Zr系(ZK60合金)为研究对象,探究了固溶处理工艺对镁合金变形性能的影响,进而系统研究了镁合金高温下单向压缩变形行为,在此基础上首次系统研究了镁合金铸锭多向锻造变形特性,为制备性能优异大尺寸镁合金锻坯提供了详细的实验数据和理论依据,主要研究内容和研究结论如下: (1)系统研究了固溶处理工艺对镁合金变形性能的影响,得到AZ80和ZK60两种合金的最佳固溶处理工艺参数,分别为390℃/16h和330℃/16h。实验结果表明合金内的粗大第二相粒子(共晶相)是材料在单向镦粗变形时开裂的根源,固溶处理能有效地提高合金变形能力,最大成形极限增幅可达20%~30%。 (2)系统研究了Mg-Al-Zn系合金高温单向压缩变形行为。合金高温单向压缩流变应力行为呈现典型的动态再结晶特征,在温度T≥250℃时,流变应力行为对应变速率敏感;而温度T=200℃时,应变速率对流变应力影响不大。在高应变速率条件下变形,合金试样温度将有较大幅度升高,约为30~50℃,其温升变化量是应变量的函数。初始晶粒度差异和基面择优取向存在是造成挤压态AZ31合金与另两种铸态合金(AZ31和AZ80合金)流变应力和动态再结晶行为不同的主要原因。挤压态AZ31合金热压缩变形流变应力行为强烈地受到变形温度的影响,当变形温度低于300℃时,流变应力呈现幂指数关系;当变形温度高于350℃时,流变应力呈现指数关系;而铸态AZ31和AZ80合金高温压缩下的流变应力均符合幂指数函数关系。同时,合金元素铝含量的增加将降低Mg-Al-Zn系合金的堆垛层错能,阻碍位错束集,增加位错高温攀移倾向。随着合金化程度的增加,Mg-Al-Zn系合金的变形激活能呈现增大的趋势,与铸态AZ31合金变形激活能为167KJ/mol相比,相同条件下铸态AZ80合金变形激活能增大到220KJ/mol。 (3)系统研究了变形条件(变形温度、应变速率和应变量等)对ZK60合金高温单向压缩变形过程中流变应力行为和显微组织演变规律的影响,并对ZK60合金在高温压缩道次间软化规律进行了研究。结果表明合金高温压缩道次间的静态软化程度较低,静态软化行为以亚动态再结晶为主,建立了亚动态再结晶动力学模型,相应的亚动态再结晶激活能约为50.12KJ/mol,远小于动态再结晶激活能189 KJ/mol。变形温度对亚动态再结晶过程影响较大,高于应变速率对其影响。 (4)首次系统研究了Mg-Al-Zn系合金高温多向压缩变形行为。粗晶镁合金多向压缩大变形晶粒细化机制为变形带诱发晶粒破碎,同时伴随动态再结晶发生。形变中合金晶粒细化存在一定程度,继续变形晶粒度基本稳定;在一定范围内增大道次压下量和降低变形温度均有助于组织细化;重加热时再结晶组织得到一定程度的回复和软化,晶粒尺寸增大。与连续单向变形相比,多向变形时合金的变形带取向随外加载荷方向变化而改变,在晶粒内部相互交错,有利于组织细化。AZ80合金在多向压缩变形过程中,在晶粒细化的同时,合金中残留的少量大尺寸的Mg17Al12相颗粒在外加载荷作用下经历了破碎—回溶—析出—重溶过程,形成的细小点状析出相钉扎在再结晶晶界上,阻碍位错运动,限制晶粒的长大。 (5)系统研究了合金化对Mg-Al-Zn系合金多向压缩变形过程中力学行为的影响。AZ31和AZ80两种合金具有相似的变化规律,硬度和抗拉强度随着变形道次的增加先升高而后逐渐降低,而伸长率则一直增加,经过7个道次的变形,两种合金的伸长率达到最大。在高温下反复加热导致合金回复软化是AZ31合金硬度值降低的主要原因,对于AZ80合金而言,析出相重溶是导致合金硬度值下降的另一因素。在相同变形条件下,适当地降低变形温度能有效提高合金的强度和伸长率。与多向压缩变形相比,连续单向锻压有助于合金的伸长率的提高,而强度则有所降低。 (6)系统研究了多向锻造过程中镁合金的晶粒转动与取向行为。在对铸态AZ80合金研究中发现:多向锻造变形对合金晶粒转动和取向的定向流动是材料塑性变形过程发生择优取向的主要原因。在无新晶粒产生的小变形情况下即可通过滑移和孪生使晶粒发生转动形成较强的基面择优取向。本实验条件下,除第4道次外,其余前9道次压缩面均出现明显的基面取向。10道次后合金开始呈现随机取向分布。变形温度和变形方式对合金晶粒取向影响较大,适当降低变形温度和采用多向变形均能促使压缩面基面取向增强,而道次应变量在本实验中对晶粒取向影响不大。 (7)研究了连续多向锻造工艺对大尺寸AZ80镁合金铸锭(110mm×70 mm×60 mm)组织和性能的影响,深入探究了合金在多向锻造过程中的开裂行为,存在两种方式:边部周向裂纹和芯部微裂纹。多向锻造工艺特点有利于阻碍合金内部微裂纹的扩展。变形温度和应变量的精确控制是保证合金形变中不发生开裂的关键。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG115.53

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【引证文献】
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6 顾鑫;云海金属募资3.5亿建镁合金项目[N];中国证券报;2009年
7 何金梅;镁合金的主要应用领域[N];中国有色金属报;2002年
8 王祝堂;推广镁合金门窗值得商榷[N];中国有色金属报;2002年
9 ;加强技术集成创新 培育镁合金高新技术产业[N];中国有色金属报;2003年
10 记者 陈岩;新型镁合金产品聚集天津国际自行车展[N];中国有色金属报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郭强;镁合金高温单向压缩及多向变形行为研究[D];湖南大学;2007年
2 李东南;半固态镁合金材料及其制备技术的研究[D];华中科技大学;2004年
3 刘红宾;基于合金化改善镁合金强/韧性的研究[D];大连理工大学;2009年
4 袁传军;铝、锌、镁合金电化学性能及机理研究[D];大连理工大学;2010年
5 邹东利;固溶态AM60B镁合金高速撞击变形及损伤行为[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 刘娅莉;镁合金表面处理新方法及纳米改性轿车面漆的研究[D];复旦大学;2006年
7 颜廷亭;AZ31B镁合金的生物医用表面改性研究[D];南京理工大学;2010年
8 贾素秋;镁合金的腐蚀行为与防护[D];吉林大学;2006年
9 李光玉;镁合金表面有机涂层和化学镀层的研究[D];吉林大学;2006年
10 牛丽媛;镁合金锌系复合磷化膜成膜机理、微观结构及性能的研究[D];吉林大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 田政;稀土添加及固溶处理对AM60镁合金组织及力学性能的影响[D];吉林大学;2006年
2 宋广飞;AZ31B镁合金连续铸轧板材组织与热塑性研究[D];太原理工大学;2007年
3 尹向红;镁合金型材挤压模具设计与工艺研究[D];湖南大学;2006年
4 汝金明;基于剧烈变形的高强度镁合金(AZ31)制备技术与性能[D];江苏大学;2009年
5 林鹏宇;热处理对含稀土AM50镁合金的组织及力学性能的影响[D];吉林大学;2010年
6 杨玉山;稀土对AZ61镁合金显微组织及其力学行为的影响[D];沈阳工业大学;2006年
7 张召春;铸态ZK60镁合金锻造及压缩变形规律的研究[D];湖南大学;2006年
8 蒋琼;两种铸态镁合金的深冷处理研究[D];湖南大学;2010年
9 李媛媛;细晶镁合金的微观组织及力学行为[D];沈阳工业大学;2005年
10 郭敬杰;AZ31镁合金(添加混合稀土和锑)的热变形行为及流变应力的ANN模型[D];郑州大学;2007年
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