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AZ31镁合金变通道角挤压与等通道角挤压两步混合挤压的研究

时秀玲  
【摘要】: 镁合金越来越广泛的应用已经成为了未来的一个发展趋势,但镁具有密排六方结构,只有有限滑移系,室温下塑性成形能力差,因此改善其塑性变形能力就变成了一个亟待解决的非常关键的问题。实践证明,细小等轴的晶粒组织能改善其塑性变形能力,因此找到一种是用有效的工艺来细化镁合金晶粒显得非常重要。 本文旨在研究两步混合挤压变形过程中AZ31系镁合金的微观组织演变和变形后的力学性能以及变形工艺,并对出对比分析。重点讨论了混合变形过程中的晶粒细化机制和模型,变形后的室温压缩性能及断裂机制,以及混合变形过程中的挤压力和应变。以期在对两步挤压的对比分析中得到对AZ31系镁合金的变形机理和变形工艺本身进行初步研究和探讨。 本文选取了应用研究比较广泛的铸态AZ31镁合金作为研究对象。采用金相显微分析(OM)和X射线衍射分析等手段,对不同挤压温度下AZ31镁合金在混合变形过程中的显微组织和织构的演变规律进行了分析及比较;采用室温力学性能测试,探讨了混合挤压成型后AZ31镁合金的室温力学性能和室温下的断裂方式及断裂机理;采用透射电子显微技术(TEM),探讨了CCAE变形过程中AZ31镁合金的晶粒细化机理;对经两步变形后的AZ31镁合金分别进行了退火处理及对比分析,探讨了经混合挤压变形后AZ31镁合金显微组织的热稳定性能。取得如下结果: AZ31镁合金经一步CCAE变形后,镁合金晶粒明显细化。变形后合金室温延伸率随晶粒细化而提高,屈服强度和硬度都随晶粒细化而提高,与Hall-Petch关系的趋势相符。在250~400℃温度范围内进行CCAE变形,AZ31镁合金的晶粒随变形温度的降低而减小。AZ31镁合金经CCAE热变形后,合金的室温强韧性得到综合改善。 一步CCAE挤压后的AZ31镁合金成型样,再经过一道次A路径ECAE变形后,晶内残留的条带状粗大组织明显减少,且晶粒得到进一步均匀细化,在一次挤压温度为300℃二次挤压温度为300℃时,晶粒尺寸达到3μm。变形后其室温延伸率,屈服强度及硬度均随着晶粒细化得到进一步提高。其晶粒随变形温度降低而减小。相比较第一步CCAE挤压,合金的室温强韧性又得到更好的改善。在第一步CCAE挤压时,挤压温度为250℃,成型样抗压强度为407MPa,压缩率为16.5%;在第二步ECAE挤压时,挤压温度为300℃(一次CCAE挤压温度为300℃),抗压强度为416 MPa,压缩率为15.9%。 CCAE与ECAE细化机理基本相同,晶粒细化机制都可以归结为模具转角的剪切作用和挤压比(CCAE为7.396,ECAE为1)变形引起的晶粒破碎和变形过程中发生的联系动态回复和再结晶。对于连续动态回复和再结晶,变形初期在粗晶粒内产生许多位错,位错会发生交互作用,重新排列形成位错界面以及亚晶界,而形成的位错界面以及亚晶界会进一步演化为小角度晶界和大角度晶界,镁合金得以细化。


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