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AZ31镁合金静态再结晶过程及机理的研究

陈建  
【摘要】:镁合金因其优越的物理性能如密度小,比强度高等,在工业上尤其是汽车和航天航空领域越来越受到重视。但是由于其密排六方晶体结构室温下滑移系较少且不容易开动,导致了了它的延展性和冷加工性能比较差而限制了它的应用。因此为了得到复杂的镁合金零件,我们通常使用铸造的方法,但是铸件存在夹杂、成分偏析等难以克服的缺点。而焊接方法通过将简单的部件组装成复杂件因而丰富了镁合金的应用,但是如何提高焊接件的可靠性又是一个难题。在镁合金产品加工成型过程中,再结晶过程能既能软化金属、提高其组织均匀性又能控制金属晶粒尺寸因而有重要作用。而本文对再结晶的研究分为理论和应用两个部分。 论文首先研究了孪晶界对镁合金静态再结晶过程的影响,我们将铸态AZ31镁合金进行4%、8%和12%的压缩和锻造后,再在200和300℃下进行了不同时间的退火保温实验,然后通过金相、XRD和EBSD等实验手段比较了不同变形方式和变形量对孪生的影响以及不同退火保温条件下再结晶现象的差异,最后着重研究了不同的孪晶界对镁合金静态再结晶影响并探讨了其形核与长大的机制。研究结果表明:在同样的变形量条件下,锻造产生的孪晶较短且取向错乱,而压缩变形产生的孪晶则较狭长,同取向的孪晶大量聚集、平行排列,这与锻造和压缩两种变形方式的形变速率不同有关。{10-11}压缩孪晶比{10-12}拉伸孪晶更加有利于再结晶形核,而{10-11-{10-12}二次孪晶的产生与变形量有关而受变形速率的影响不大并。这种孪晶变体在退火过程中比较稳定,这与传统的孪生形核理论有所差异。我们还提出了低温下的“孪晶界凸出形核”理论解释了部分孪晶界的形核过程。 然后研究了焊接余热诱发冷变形金属的静态再结晶作用对TIG焊接接头组织及性能的影响。我们对均匀化处理后的挤压态AZ31镁合金板材在室温下进行4%、7%和10%的轧制处理,然后在相同参数下进行了TIG焊接并观察TIG焊接后的显微组织,并通过拉伸实验和显微硬度测试比较了不同变形量的轧板在TIG焊接后AZ31镁合金的力学性能。研究结果表明:随着板材轧制应变量的增加,焊后接头热影响区的晶粒尺寸由于静态再结晶影响而呈下降趋势。因为在输入热量相等的条件下,冷变形应变增加后,组织缺陷缺陷随之增多,热影响区再结晶更容易发生,焊接余热也就更多用于形核长大,而不是晶粒直接粗化过程。而且由于加工硬化的影响,母材的强度硬度也有所提高。7%的轧制焊接试验达到了252MPa的最大抗拉强度,而且接头强度比也达到了87.6%。但是10%的轧制焊接试验发生了异常断裂,通过SEM分析发现异常断裂是由于焊缝组织存在孔洞以及残余应力比较大等原因造成的。所以必须将室温变形量控制在7%以内才能够细化焊接件热影响区晶粒并达到提高接头性能的目的。


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