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镁合金铸锻复合成形组织与性能研究

廖慧敏  
【摘要】:为了认识镁合金在铸锻复合成形工艺条件下的组织/性能形成规律及其调控方法,本文采用工艺性能理想、具有经济效益高、综合机械性能优异的AZ81镁合金为对象,通过观察该合金在铸锻复合成型工艺下的组织、性能演化,分析其铸态组织的模压变形行为,建立等温变形本构模型,研究应变量和稀土合金化对组织性能形成的影响,为铸锻复合成形工艺的应用奠定坚实的实验和理论基础。 本文利用差热分析、热模拟实验、XRD、OM、SEM、EBSD等分析手段,系统地研究了AZ81及AZ81E镁合金的挤压铸造及均匀化工艺,高温压缩变形、模锻(压)及后续热处理的力学行为与组织演变规律。主要研究结果如下: 1.以AZ81合金为基础开发挤压铸造坯,添加稀土元素RE形成新的稀土镁合金(AZ81E),添加稀土元素MM形成稀土化合物主要分布在晶界处,二次相增多,晶粒尺寸减小,力学性能明显提高。 2.为了改善镁合金的塑性变形性能,系统研究了均匀化处理工艺对镁合金变形性能的影响,得到AZ81和AZ81E两种材料的最佳处理工艺参数参数均为400℃/8h±2h。 3.研究了温度340~430℃及应变速率为0.003~3.0s-1条件下挤压铸造AZ81及AZ81E镁合金的流动应力变化规律,引入Zener-Hollomon参数建立了AZ81及AZ81E镁合金的流动应力数学模型: a) AZ81合金的流动应力峰值与Z参数关系: AZ81合金发生动态再结晶峰值应变与Z参数关系: b) AZ81E合金的流动应力峰值与Z参数关系: AZ81E合金发生动态再结晶峰值应变与Z参数关系: 4.通过合金的流变应力应变曲线尝试建立AZ81及AZ81E镁合金在0.2~0.8应变量下的塑性加工图,根据加工图确定AZ81合金的最佳热加工条件为360~380℃和0.03 S-1,AZ81E合金的最佳热加工条件为380~400℃和0.03 S-1;利用硬化率曲线分析最佳加工条件下发生动态再结晶(DRX)的临界应力、峰值应力、饱和应力及再结晶开始点。 5.引入Zener-Hollomon参数来分析温度和应变速率对镁合金热变形组织的影响。再结晶平均晶粒尺寸与变形条件之间的关系为: 6.采用AZ81及AZ81E合金挤压铸坯制备模压试样,系统的分析不同变形量下模压试样的力学性能变化以及合金显微组织、取向织构的演变规律。后续时效热处理对合金力学性能和β相析出机制的影响规律。 上述研究结果为高性能低成本镁合金构件的生产提供可靠的理论基础及参考价值。


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