热挤压和Al含量对AZ系镁合金组织和性能影响研究

摘要

镁合金具有重量轻、比强度高、阻尼减震性好等优点，在工业领域(运输机械、3C产品、便携产品和手动工具等)得到越来越广泛的应用。在众多镁合金系列中，AZ系镁合金具有突出的变形工艺和性价比优势，已成为最主要的变形镁合金。但目前对Al含量大于6％的镁合金的挤压组织和性能缺乏系统研究。
　　 本文作为“挤锻复合成型工艺研究”的一部分，拟通过对Mg-(6～9)Al-Zn镁合金组织和性能进行研究，探索控制和提高AZ系镁合金性能的途径，满足关键零部件对性能的要求。为此，用金相观察、X-衍射(XRD)、拉伸实验、扫描电镜(SEM)断口分析等方法，系统地实验研究了含Al6～9％的AZ系镁合金在挤压成形过程中的组织、性能及拉伸失效行为，以期系统了解半连续铸锭、均匀化处理以及热挤压变形过程中，Al对AZ镁合金挤压变形组织、性能和拉伸断裂行为的影响。
　　 研究结果表明：Mg-(6～9)Al-Zn合金铸态下主要是由基体α-Mg和第二相Mg17Al12组成，β相其以不同形态分布于枝晶间和晶界处；经均匀化处理后，晶粒尺寸从铸态的60～90μm长大到80～140μm，第二相大部分溶解，但在枝晶之间及铸态晶界上还残余着少量第二相。经400℃下32变形比的热挤压成形后，晶粒组织被显著细化为约5μm的等轴晶，由于回复再结晶，纵截面的晶粒亦呈等轴晶，只是晶粒度较横截面略小。
　　 拉伸性能检测表明：铸态条件下，随Al含量升高，四种合金的抗拉强度和屈服强度均先降低后升高再降低，其中AZ61最高达213.2MPa和135.6MPa，AZ91最低为160.7MPa和85.4MPa，延伸率先升高后降低，AZ61最高为12.7％，AZ91最低为3.4％；挤压成形后，材料的拉伸性能大幅度提升，随Al含量增加，抗拉强度、屈服强度逐渐升高，分别从AZ61最低的287.1MPa、208.8MPa，提高到AZ91的最高336.7MPa、245.3MPa，四种合金的延伸率略有波动，但均在12％以上，其中，AZ81最高，达到17.4％；铸态和挤压态的硬度均随Al含量的提高而逐渐升高，均从AZ61的56.5和71.7升高到AZ91的64.9和80.4.。四种合金的铸态拉伸断口均主要表现为第二相主导的脆性断裂，挤压态则转变为基体主导的韧性断裂。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1镁合金概述

1.2变形镁合金及挤压技术的研究进展

1.2.1变形镁合金的特性

1.2.2变形镁合金的研究进展

1.3变形镁合金的应用现状

1.3.1汽车工业

1.3.2 3C领域

1.3.3其它领域

1.4 Mg-Al-Zn基镁合金挤压成型工艺研究和应用现状

1.4.1 Mg-Al-Zn基镁合金组织研究现状

1.4.2 Al对Mg-Al系镁合金组织和性能影响

1.4.3 Zn对Mg-Al系镁合金组织和性能影响

1.4.4挤压成型工艺对镁合金组织和性能影响

1.5镁合金的塑性变形及断裂机制

1.5.1镁合金的塑性变形机制

1.5.2细晶镁合金晶界滑动变形机制

1.5.3镁合金塑性变形断裂机制

1.6本课题研究目的和意义

1.7本课题研究内容和技术路线

2实验条件和方法

2.1实验材料的准备

2.1.1半连续铸锭的制备

2.1.2半连续铸锭的热挤压

2.1.3拉伸试样的制备

2.2实验内容和方法

2.2.1金相观察

2.2.2试样拉伸力学性能测试

2.2.3 XRD实验

2.2.4断口形貌分析

2.2.5硬度测试

3实验结果及分析

3.1 Mg-Al-Zn镁合金组织观察与分析

3.1.1铸态微观组织观察

3.1.2均匀化处理后微观组织

3.1.3挤压态微观组织观察

3.2不同状态下Mg-Al-Zn基镁合金XRD结果

3.2.1铸态XRD结果

3.2.2挤压态XRD结果

3.3 Mg-(6～9)Al-Zn基镁合金室温下力学性能

3.3.1铸态室温拉伸性能

3.3.2均匀化处理后室温拉伸性能

3.3.3挤压后拉伸性能

3.4 Mg-Al-Zn基镁合金室温下拉伸断口观察

3.4.1铸态拉伸断口观察

3.4.2挤压态拉伸断口观察

4分析与讨论

4.1 Mg-Al-Zn镁合金组织分析

4.1.1铸态凝固过程和组织分析

4.1.2均匀化处理后组织分析

4.1.3挤压态镁合金组织分析

4.2 Mg-Al-Zn基镁合金力学性能分析

4.2.1铸态力学性能分析

4.2.2均匀化处理后力学性能分析

4.2.3挤压态力学性能分析

4.3 Al元素在Mg-Al-Zn合金中的作用

4.4镁合金拉伸变形机制和断裂机制

4.4.1镁合金拉伸变形机制

4.4.2镁合金拉伸断裂机制

5结论

致谢

参考文献

附录 A.作者在攻读硕士期间发表的论文目录