RE、Sb对AZ31镁合金热挤压变形行为的影响

摘要

镁合金作为一种轻质工程材料,具有比重轻、比强度和比刚度高,良好的电磁屏蔽能力和易于再生利用等一系列优点,被认为是21世纪最具发展潜力的材料.但由于镁合金为密排六方结构,滑移系少,塑性变形能力差、生产效率低,很大程度上制约了变形镁合金的发展和应用. 前期研究表明,在AZ31镁合金中添加质量分数为1﹪RE和1﹪Sb,可有效改善合金铸态组织,提高其力学性能.本文采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及能谱(EDS)等分析手段,通过热模拟、合金挤压加工和力学性能测试,较系统地研究了RE和Sb对AZ31镁合金塑性变形能力以及挤压材组织性能的影响,并分析了其对合金热变形特性的影响机理. 借助Gleeble-1500D型热模拟试验机,研究了RE和Sb对AZ31镁合金热压缩变形行为的影响.结果表明:质量分数为1﹪RE和1﹪Sb的添加,可显著增大AZ31镁合金的变形抗力,并有效促进合金热变形过程中的动态再结晶. 挤压实验表明,随挤压温度升高,变形过程中动态再结晶程度增加,再结晶晶粒尺寸增大;随挤压比的增大,再结晶程度提高且晶粒明显细化.挤压温度为380℃,挤压比为17.4.条件下挤压变形后,AZ31镁合金挤压材组织为原始晶粒和再结晶晶粒的混合组织,再结晶不完全;添加1﹪RE或复合加入1﹪RE和1﹪Sb后,动态再结晶程度增大,且再结晶晶粒细化,合金中的稀土相颗粒呈链状分布. AZ31合金中加入1﹪RE后,挤压态合金抗拉提高了5.5﹪,延伸率和冲击韧性分别提高2.2﹪和5﹪.同时加入1﹪RE和1﹪Sb后,挤压材的力学性能最好,抗拉强度、延伸率和冲击韧性与AZ31相比分别提高了7.7﹪、11.1﹪和17.5﹪.断口形貌分析表明,在AZ31合金中加入1﹪RE和1﹪Sb后,挤压态合金的拉伸断口韧窝变细,韧窝数量明显增多且深度增加,韧窝之间有撕裂棱存在,表现出明显的韧性断裂特征. AZ31-1﹪RE铸态合金组织中A1-RE相呈长针状沿晶界分布,挤压变形后稀土相破碎成多边形状,呈链状沿挤压方向集中分布在原针状相附近,受到外力时引起应力集中,对合金的塑韧性不利;AZ31-1﹪RE-1﹪Sb合金中,挤压前稀土相呈棒状或圆球状,分布在晶界附近和基体内,挤压后的稀土相破碎分布更加均匀和弥散,减小了挤压过程中的应力集中,提高了合金的塑性变形能力.AZ31合金在挤压温度为380℃时的最大挤压速度为2.3m/min,挤压温度提高至420℃,棒材表面质量下降,出现明显的热烧损现象;添加1﹪RE和1﹪Sb后,可提高挤压温度到420℃,产品表面未出现横向裂纹和热烧损,最大挤压速度达3.8m/min.即适量RE和Sb的添加可有效提高AZ31镁合金的挤压速度,进而提高其挤压生产效率.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1研究背景与意义

1.2变形镁合金研究现状

1.2.1常用的变形镁合金系列

1.2.2变形镁合金加工成形技术

1.3稀土在AZ31变形镁合金中的应用及研究现状

1.3.1 AZ31变形镁合金组织特性

1.3.2稀土在镁合金中的作用

1.3.3稀土在AZ31变形镁合金中的研究现状和存在问题

1.4本课题的研究内容及技术路线

1.4.1选题依据及意义

1.4.2主要研究内容

1.4.3技术路线

第二章试验方法及分析手段

2.1合金成分设计

2.1.1合金中各元素作用

2.1.2合金成分设计及原材料选用

2.2合金制备工艺

2.2.1配料

2.2.2熔炼前的准备

2.2.3熔炼及半连续铸造

2.3合金的均匀化处理

2.4热/力压缩模拟试验

2.5热挤压试验

2.5.1挤压变形工艺参数

2.5.2挤压过程

2.6合金组织分析

2.6.1 OM(Optical microscopy)金相显微组织分析

2.6.2 XRD(X_Ray diiffraction)分析

2.6.3 SEM(Scanning Electron Microscope)分析

2.6.4 EDS(Energy Dispersive Spectrometer)分析

2.7合金力学性能检测

2.7.1拉伸性能测试

2.7.2冲击韧性测试

第三章RE、Sb对AZ31镁合金热压缩变形行为影响

3.1热压缩变形前合金显微组织分析

3.1.1铸态合金光学显微组织

3.1.2铸态合金相组成分析

3.2热压缩模拟试验

3.3热压缩变形的真应力—真应变曲线分析

3.4热压缩过程中的组织演变

3.5 RE、Sb对AZ31镁合金热压缩变形机理的影响

3.5.1 RE、Sb对合金变形抗力的影响

3.5.2 RE、Sb对合金动态再结晶的影响

3.6本章小结

第四章RE、Sb对AZ31合金挤压材组织性能及塑性变形能力的影响

4.1挤压材显微组织分析

4.1.1 RE、Sb对AZ31镁合金挤压材组织的影响

4.1.2挤压温度对AZ31-1％RE-1％Sb变形组织的影响

4.1.3挤压比对AZ31-1％RE-1％Sb变形组织的影响

4.2 RE、Sb对AZ31镁合金的力学性能的影响

4.2.1室温拉伸性能

4.2.2冲击韧性

4.2.3拉伸断口形貌分析

4.3 RE、Sb对AZ31镁合金塑性变形能力的影响

4.4本章小结

第五章RE、Sb对AZ31镁合金变形特性的影响机理

5.1稀土相的形成机理

5.1.1 Al-RE针状稀土相形成机理

5.1.2 RE-Sb球状稀土相形成机理

5.2挤压变形对稀土相形貌及分布的影响

5.2.1铸态合金中稀土相的形貌及分布

5.2.2挤压态合金中稀土相的形貌及分布

5.3 RE、Sb对AZ31镁合金性能及变形特性的影响机理

5.4本章小结

第六章主要结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文和申请的专利