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《湖南大学》 2010年
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镁合金板材特殊轧制变形技术研究

夏伟军  
【摘要】: 作为最轻的金属结构材料,镁合金被誉为“二十一世纪最具发展前景的绿色工程材料”,特别是变形镁合金板材以其优异的的综合性能展现出极其广阔的应用前景。但受到镁合金自身晶体结构的限制,传统的制备和加工技术生产镁合金板材时存在成本偏高、力学性能和低温成形性能不够理想等局限,从而很大程度上制约了变形镁合金的发展。因此,低成本、高性能变形镁合金板材的研制已成为当今材料领域研究的热点。 为提高镁合金板材的成品率并进一步改善其室温塑性,本文采用AZ31镁合金为研究对象,提出了通过细化晶粒、调整晶粒取向和控制动态再结晶及孪生行为等前期处理,从根本上改善镁合金成形性能,再结合优化的轧制工艺制备高性能镁合金板材的思想,开展了镁合金板材的系列特殊轧制技术研究。 首先,基于镁合金初始晶粒取向、动态再结晶和孪生行为在板材轧制过程中的重要作用,论文开展了AZ31镁合金铸锭挤压坯轧制技术的研究,分析了挤压坯的显微组织特征和压缩变形行为,研究了轧制温度、变形量和板坯初始取向对AZ31镁合金板材微观组织和力学性能的影响规律,探讨了热轧过程中孪晶的演变以及动态再结晶组织特征和机制,揭示了板材在退火过程中的组织、性能的演变规律,结果表明: (1)AZ31镁合金挤压坯具有很强的(0002)基面择优取向和明显的室温各向异性,挤压坯的轧制成形性能随基面与轧面之间倾角的增大而明显改善;随着道次变形量的增大,板材的晶粒组织细化,室温抗拉强度和伸长率增大;镁合金热变形组织对初始晶粒组织非常敏感,具有较明显的组织遗传效应;多道次热轧时,合理地逐步增大道次变形量有利于获得细小均匀的动态再结晶晶粒组织。 (2){1012}拉伸孪晶的界面容易扩展,其内部主要发生滑移变形;{1011}压缩孪晶的界面稳定,可以作为再结晶的形核质点而细化晶粒。轧制过程中的动态再结晶在低温时以基于孪生的再结晶为主要机制,其实质为{1011}压缩孪晶内的动态再结晶;中温轧制时的动态再结晶机制包括基于孪生的动态再结晶和连续动态再结晶;高温轧制时为非连续动态再结晶。 (3)低温轧制板材在200℃退火120min可获得最佳的晶粒组织,在400℃以下温度退火发生初次再结晶对板材织构影响不大,在450℃退火时发生二次再结晶使基面织构弱化。 其次,基于铸锭先挤后轧虽可显著改善镁合金铸锭的热轧开坯性能,但挤压坯常规轧制时,板材仍形成强烈的基面织构而对后续成形极为不利的事实,以抑制轧制过程中基面织构的形成为目的,论文开展了挤压坯异步轧制技术的研究,分析了小异速比多道次异步轧制的变形特点和规律,揭示了异步轧制工艺参数对板材组织及性能的影响规律,结果表明: (1)小异速比多道次异步轧制不仅能有效地获得大剪切应变积累,而且等效应变分布比大异速比轧制时更为均匀。 (2)小异速比多道次异步轧制时,随着道次变形量的增大,形成倾转基面织构的能力减弱,成形性能降低;随着总变形量的增大,基面织构的强度有所减弱;随着异步轧制温度的升高,新晶粒的形成机制逐渐由动态再结晶转变为形成变形带,基面织构强度逐渐降低;沿D路径轧制时可以获得最佳的综合力学性能和成形性能。对异步轧制板材在300℃下经60min退火处理后,基面织构强度显著降低,板材的室温成形性能进一步提高。 (3)采用优化工艺制备的异步轧制AZ31镁合金板材的室温伸长率达31.7%,比普通轧制的提高了约49%;室温Erichsen值高达6.14mm,比普通轧制的高出3倍。 第三,基于先挤后轧技术在制备大尺寸板材时的局限性,以及轧制成形受坯件显微组织和晶粒取向影响的认识,同时针对传统铸造镁合金晶粒组织粗大、易于在晶界析出粗大片状共晶相等对板材轧制的不利影响,以控制铸锭微观组织特别是晶粒取向为目的,论文提出了镁合金定向凝固坯轧制技术,研究了不同定向凝固方式下AZ31镁合金铸锭的晶粒组织、晶粒取向、热压缩和热轧制变形特点,建立了定向凝固铸件热压缩变形本构方程,制定了定向凝固坯热轧工艺规程,结果表明: (1)定向凝固能有效抑制传统铸造坯晶界脆性相的析出,在平面定向凝固镁合金中同时存在(1010)、(1120)棱柱面和(1011)、(1012)锥面择优取向。 (2)定向凝固AZ31镁合金热压缩时的应变速率敏感指数m值为0.19,明显大于文献报道的普通铸锭的0.14,并且与挤压态的相当。 (3)定向凝固坯轧制技术能明显改善镁合金的热轧成形性能,缩短轧制工艺流程,减小开裂倾向,提高板材成品率。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG335

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【引证文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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8 立冬;镁合金板材研究取得重要进展[N];中国有色金属报;2010年
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