高强度Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金锻造工艺研究

摘要

镁合金因其密度低，高的比强度，阻尼减震性好,可以很好的回收，电磁屏蔽性好等等优良点，成为了材料的研发热点。然而镁合金绝对强度较低，制约了其发展。目前基于 Mg-RE-Zn的高强度的镁合金成为了研发的热点。关于高强镁合金的挤压或者轧制工艺，研究相对较多也比较成熟。而对于高强度镁合金的锻造工艺研究却相对缺乏。然而，目前关于高强度镁合金的工业推广应用中，如何制备高强度的组织力学均匀的镁合金锻造样，或者怎样通过锻造工艺累积变形量达到更高力学性能，是很棘手的技术瓶颈。为此，本文针对不同状态(铸态，均匀化态，挤压态)高强度Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金开展了不同应变速率锻造工艺研究，制备了块状和柱状锻造样，同时分析了锻造对于该合金组织和力学性能的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴为节约锻造实验成本，使得锻造工艺的制定有理有据，系统论述Mg-Gd-Y-Zn-Mn热变形行为研究：计算出该合金的激活能为260.94kJ/mol，构建本构方程为：ε=6055X1017[sinh(0.00837σ)]5.40314exp(-260.94/8.314T)。绘制了加工图，并确定其最佳成型工艺参数为温度350℃—500℃，应变速率低于0.005S-1。温度460℃到500℃，应变率为0.005S-1-1S-1。为后续锻造提供理论指导。同时，讨论了相关微观组织演变和两种 LPSO相(MgGdZn和 MgZnY)的变形机制：块状LPSO相发现了扭折，其产生的原理是具有相反符号的位错对运动。热变形后层状LPSO弯曲呈河流状。⑵根据之前热模拟得出的结果，采用液压机对均匀化态，挤压态Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金进行低应变速率（锻造速度0.05~0.3m/s）多向自由锻造。均匀化态合金只锻造到了4个道次，第5道次后便产生了裂纹。晶粒组织有一定的细化，第二相变化不明显。4道次后综合力学性能最佳：UTS=256MPa，YS=231Mpa， EL=3.1％。挤压态合金锻造到14个道次，由于试样倾斜严重而作罢。12道次综合力学性能最佳：UTS=410Mpa，YS=300Mpa，EL=15.1%。强度较高，且延伸率为原始态的3倍。高强Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金锻造前后力学性能的提高，与细晶强化，第二相强化，固溶强化和锻造导致的织构弱化有关。⑶基于之前的模拟实验和低应变速率锻造，为了提高锻造生产效率，同时探索锻造进一步提高力学性能的可能性。系统研究了采用空气锤对铸态或者挤压态Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金进行高应变速率的锻造（锻造速度5~10m/s），制备块状和柱状高强度镁合金锻造样。锻造有助于改善铸态Mg-Gd-Y-Zn-Mn二次成型性。540℃x5h+450℃x10h均匀化后，镦粗（累积压缩25%），挤压随后200℃X50h的时效处理。所得合金综合力学性能最佳为：UTS=503Mpa，YS=395Mpa，㈩EL=5.2%。⑷采用空气锤对挤压态的Mg-Gd-Y-Zn-Mn进行了高应变速率的锻造，制备了长方体锻造样。抗拉强度相比于初始态变化不大，UTS在314Mpa和341Mpa之间。延伸率为锻前的3倍，EL在7%到14%之间。锻造对于其塑性提高的原因主要在于，锻造改善了微观组织的均匀性，获得了更多均匀细小的等轴晶。采用“一次挤压+空气锤快速锻造+二次挤压”工艺对挤压态的 Mg-Gd-Y-Zn-Mn进行累积变形，时效后综合性能最高的为：UTS=460Mpa,YS=377MPa,EL=4.7%。

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中文摘要

英文摘要

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 高强镁合金研究现状

1.3 热变形行为及加工图理论

1.4 镁合金锻造工艺研究进展

1.5 研究意义，目的及内容

2 高强Mg-Gd-Y-Zn-Mn热变形行为及加工图

2.1 引言

2.2实验过程和测试方法

2.3合金微观组织

2.4应力应变曲线特征

2.5本构方程分析

2.6 加工图及相关组织演变

2.7 本章小结

3 高强Mg-Gd-Y-Zn-Mn低应变速率液压机锻造

3.1 引言

3.2 实验过程和测试方法

3.3 液压机锻造对铸态合金微观组织和力学性能的影响

3.4 液压机锻造对挤压态合金微观组织和力学性能影响

3.5 本章小结

4 高强Mg-Gd-Y-Zn-Mn高应变速率空气锤锻造

4.1 引言

4.2实验过程和测试方法

4.3空气锤锻造对不同均匀化态合金组织和性能的影响

4.4 空气锤锻造对挤压态合金组织和性能的影响

4.5 空气锤锻造合金二次挤压工艺

4.6本章小结

5 结 论

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表论文目录：

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目：