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《哈尔滨理工大学》 2010年
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固相再生AZ31B镁合金的组织性能及氧化相表征

武淑艳  
【摘要】: 镁合金是目前工程应用的最轻的金属结构材料,它具有比强度和比刚度高,易于机械加工,阻尼性能好、电磁屏蔽能力强等诸多优点。目前广泛应用于航空、航天、汽车、计算机、家电和通信等行业。然而,随着镁合金应用量的增大,在镁合金生产和流通过程中所产生的废料也大幅增加。本文研究镁合金废料的固相再生,促使节能减排,实现镁工业的可持续发展。 本文以AZ31B镁合金屑为原料,以固相再生的方法再生镁合金。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、电子万能拉伸试验机和疲劳试验机等分析和测试手段,研究了固相再生AZ31B镁合金动态再结晶组织、拉伸性能、氧化相的形态分布、氧化相与基体间界面结构、疲劳性能和断裂行为。讨论了固相再生AZ31B镁合金的强化机制和断裂机制。 研究了屑尺寸对固相再生AZ31B镁合金组织和性能的影响,三种不同尺寸的屑经压力为350MPa,保压时间为60s冷压,压坯密度分别为1.598g/cm~3、1.677 g/cm~3和1.629 g/cm~3。再生合金的晶粒尺寸小于铸锭挤压合金,在不同尺寸屑再生的合金中,随着S值(单位体积再生材料中屑的总表面积)增大,合金晶粒尺寸减小,抗拉强度升高,具有中间S值的再生合金延伸率最高。屑厚度较小的两种再生合金,抗拉强度明显高于铸锭挤压合金,再生镁合金延伸率均低于铸锭挤压合金。研究了固相再生工艺参数对AZ31B镁合金组织和性能的影响,随着挤压温度升高,再生合金晶粒尺寸增大,抗拉强度与延伸率先提高后降低,400℃挤压的再生材料力学性能最好,抗拉强度为309.2MPa,延伸率为16.3%。挤压温度高于350℃时,再生合金抗拉强度高于铸锭挤压合金。挤压比由4:1增大到44.4:1时,合金组织细化,挤压比为100:1时,组织明显粗化。随挤压比的增大,再生合金与铸锭挤压合金的抗拉强度增加,延伸率先增大后减小。挤压比达到11.1:1时,断口上沿屑与屑间结合面断裂的特征消失,挤压比达到25:1时,再生合金的抗拉强度高于铸锭挤压合金。 研究了固相再生AZ31B镁合金中氧化相的分布,屑表面氧化膜在挤压过程中破碎,在再生合金中,破碎的氧化相大体按平行于挤压方向分布。屑经严重的氧化,再生镁合金仍具有较好的力学性能。随着挤压次数的增加,氧化相破碎程度及分布均匀性增大,合金的抗拉强度增大,重复挤压增强屑间结合,经3次、4次挤压后,合金断口上沿原始屑结合面产生的微裂纹基本消失。 研究了固相再生AZ31B镁合金中氧化相的微观形态及氧化相与基体间界面结构。在挤压过程中打碎的氧化镁呈细小的球形颗粒,尺寸约为15~25nm,挤压比较低时,氧化膜没有完全破碎。细小的氧化镁颗粒及未完全破碎的氧化镁团块与镁合金基体间界面结合紧密,均达到了原子级结合,且破碎的氧化镁颗粒在合金中局部区域呈弥散分布,在一定程度上起到强化作用。 在交变载荷作用下,固相再生AZ31B镁合金的疲劳性能没有明显低于铸锭挤压材料。屑厚为0.1mm、0.4mm、1.2mm的再生合金及铸锭挤压合金的疲劳极限(r=0.1)分别为90.7MPa、86.7MPa、88.1MPa及87.9MPa。固相再生材料与铸锭挤压材料断裂过程及机理相同,疲劳源发生在试样次表面处,疲劳源区呈类似解理断裂的台阶花样;疲劳裂纹按穿晶途径扩展,且都存在疲劳辉纹和二次裂纹等重要微观特征;瞬断区由不同尺寸的韧窝、准解理及台阶、撕裂棱和一些微孔组成。
【学位授予单位】:哈尔滨理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG146.22

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