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Mg-Al-Zn系变形镁合金板材大应变轧制成形工艺研究

嵇文凤  
【摘要】:镁合金作为最轻的结构金属,被广泛地应用在各工业领域。但由于镁合金为密排六方结构,室温滑移系较少,因而轧制成形能力较差。采用传统小应变多道次轧制工艺生产镁合金板材时存在生产效率较低,成本昂贵,不适合工业应用等问题,这在很大程度上制约了变形镁合金的发展。因而,开发低成本、高效率的镁合金轧制技术已成为材料领域的研究热点。为提高镁合金板材的生产效率,本文以AZ61和AZ91镁合金为对象,研究了Mg-Al-Zn系镁合金板材的单道次大应变轧制技术。大应变轧制工艺较简单,具有生产周期较短,生产成本较低等优点,因而,研究镁合金大应变轧制工艺和变形规律具有重要的意义。 本文首先研究了均匀化处理工艺对Mg-Al-Zn系镁合金大应变轧制板材组织和力学性能的影响,结果表明,均匀化处理时间较短的板材的平均晶粒尺寸更小,随着均匀化处理时间的延长,再结晶程度增加,板材的拉伸强度下降,伸长率上升。其次,采用不同轧制工艺对Mg-Al-Zn系镁合金板坯进行大应变轧制,研究了轧制温度、变形量及应变速率对Mg-Al-Zn系镁合金组织和性能的影响。结果表明,采用大应变轧制工艺在300~450℃温度范围内成功制备出了Mg-Al-Zn系镁合金板材,随着轧制温度升高,再结晶晶粒会发生一定程度的长大,但动态再结晶进行得更加完全。在300℃轧制获得的板材组织不均匀,组织中存在大量孪晶。在400℃轧制时,大应变轧制板材的组织最为均匀,AZ61与AZ91镁合金的平均晶粒尺寸分别约为2μm和1.4μm,板材的综合力学性能最佳,AZ61镁合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为321.6MPa、225.0MPa和27.0%,AZ91镁合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为349.6MPa、245.1MPa和15.3%。同时,对Mg-Al-Zn系镁合金大应变轧制板材的稳定性进行研究,发现在200℃退火时稳定性较好,提高退火温度和延长退火时间时,板材的组织与性能稳定性显著下降,此外,AZ91镁合金板材在200℃退火时还析出了大量球形析出相颗粒。利用扫描电子显微镜可以观察到,Mg-Al-Zn系镁合金在时效处理过程中析出了更多β-Mg17Al12相。通过对比分析AZ61与AZ91,可以发现,AZ91镁合金大应变轧制板材的组织更加细小,但更不均匀,其板材的强度更高,伸长率较低。 最后,讨论了镁合金大应变轧制的变形机制,发现在大应变轧制条件下,两种合金的晶粒细化机制均以孪生动态再结晶为主。


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