利用挤压制备镁/铝合金复合板材的组织与性能研究

摘要

镁/铝合金复合板材能够实现镁合金和铝合金的优势互补，提高综合使役性能，具有较大的应用前景。本文通过挤压制备出了两类不同的镁/铝合金复合板材，即以强化镁合金为目的的高强复合板材AZ31/7050和以提高塑性和耐腐蚀性能为目的的1100/ZK60复合板材。综合利用背散射电子衍射技术（EBSD）、光学显微镜和扫描电子显微镜等对不同的复合板材中各组元的微观组织、复合界面和复合板材各组元织构进行了深入的研究，并系统研究了不同类型复合板材的力学行为及其与各组元材料力学行为的关系。主要得出以下结论：
　　①利用挤压加工可以实现铸态镁合金和铝合金双金属的高效复合，获得了AZ31/7050和1100/ZK60高质量复合板材，复合板材中镁铝界面有良好的结合，界面厚度在5-10微米左右，复合板材的层数可控，每层平直分布，层厚均匀。包含有时效强化组分的复合板材，挤压温度控制在固溶温度以上，得到再结晶组织以及理想的复合界面层，通过后期时效处理实现材料强化，避免退火处理。
　　②在470oC挤压制备的AZ31/7050镁/铝合金复合板材中，镁合金层以再结晶组织为主，呈现为细晶组织（小于5μm）与粗大的组织（大于50μm）相结合的混晶组织，仅含有少量变形组织，7050中以纤维状组织为主，仅含有少量的等轴晶组织。镁层具有典型的镁合金挤压板材织构，即基面法线平行于ND（85％），一些部分平行于TD（15%）。铝合金组分具有较多的S织构（58.3%）和Cube织构（18.9%），Goss织构、Brass织构和Copper组分几乎为零。在250-350oC退火后，镁合金组织发生粗化，铝合金仍然以带状组织为主，在350oC退火3h后界面厚度由10微米增至20微米，退火未影响镁层和铝层织构类型。
　　③在470oC挤压制备的AZ31/7050镁/铝合金复合板材中，高强铝合金有效的提高了镁合金的屈服强度。与单一镁层强度相比，当高强铝合金的体积分数为40.2%时，复合板材强度达到300MPa，密度仅仅提高了20%。在退火后，复合板材强度下降，但是延伸率得到了明显的提升，由1.5%提高到了5.4%。退火后，复合板材中镁层强度无明显变化，而铝合金层强度明显的下降，退火温度升高，铝层的强度进一步降低。镁/铝合金复合板材屈服强度的实验值和混合法则计算值偏差较小，而抗拉强度值偏差较大。这是由于在复合板材拉伸试验中，在组元镁合金和铝合金没有达到抗拉强度时，复合板材由于界面开裂导致其提前断裂。
　　④400oC挤压制备了层数为3和7的两类高塑性1100/ZK60复合板材，镁层中为典型的混晶组织，铝层中仍以纤维组织为主，但含有较多细小再结晶晶粒，7层板材中铝层比3层板中铝层组分的再结晶晶粒的分数高。镁层具有强烈的基面织构，即基面法线平行于ND方向，而7层复合板材镁层在（0002）极轴呈现沿挤压方向的双峰分布。两种复合板材铝层具有相同的织构类型，即含有较多的Copper织构、Brass织构和Cube织构，而Goss织构和S织构含量较少，7层复合板材中铝层织构的强度较3层的弱。退火后，镁层中退火组织分数进一步增加，但织构变化不明显。
　　⑤在400oC挤压制备的层数为3和7的两类高塑性复合板材1100/ZK60中，3层复合板材表现出来与7层板材几乎相同的屈服强度（3层为138MPa，7层为139MPa）。但是，3层复合板材表现出了较高的延伸率为17.4%，而7层复合板材的延伸率仅为4.9%。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 引 言

1.1 课题背景及意义

1.2 镁合金及铝合金的概论

1.3 金属复合板材

1.4 论文主要研究内容

2 试验材料与实验方法

2.1 试验材料

2.2 挤压制备镁/铝合金复合板材

2.3 复合板材的时效与退火处理

2.4 主要的试验表征方法

2.5 电子背散射衍射(EBSD)技术

2.6 本章小结

3 挤压制备高强镁/铝复合板材的组织和性能研究

3.1 AZ31/7050高强复合板材中镁层的组织和织构

3.2 AZ31/7050高强复合板材中铝层的组织和织构

3.3 AZ31/7050高强复合板材的界面

3.4 AZ31/7050高强复合板材的力学性能研究

3.5 本章小结

4 退火对AZ31/7050高强复合板材组织和性能的影响

4.1 退火对复合板材镁层组织的影响

4.2 退火对复合板材铝层组织的影响

4.3 退火对镁/铝合金复合板材界面的影响

4.4 退火对高强镁/铝合金复合板材力学性能的影响

4.5 本章小结

5 挤压制备1100/ZK60高塑性镁/铝合金复合板材研究

5.1 挤压制备1100/ZK60复合板材SEM显微组织和界面分析

5.2 挤压制备1100/ZK60复合板材镁层的组织和织构

5.3 挤压制备1100/ZK60复合板材铝层组织和织构

5.4 挤压制备1100/ZK60复合板材的力学性能

5.5 本章小结

6 结 论

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文