MB15-RE镁合金半固态等温组织演变及流变性实验研究

摘要

MB15-RE属于高强度镁合金，在航天领域有着广泛应用。目前，镁合金的成形方法有压铸、锻造和挤压等。然而，压铸方法不能保证结构件的力学性能要求；锻造、挤压方法不能满足形状复杂结构件的形状要求。半固态金属加工是一种新发展的一次近净成形复杂形状制件技术，其制件力学性能接近锻件，其制件形状复杂程度接近压铸件。半固态金属加工技术的出现为镁合金复杂结构件成形开辟了一条新路。在镁合金半固态成形中，制备半固态镁合金非枝晶组织和获得半固态镁合金触变成形的最佳工艺是关键。基于此，本文研究了三种不同状态MB15-RE镁合金（铸态、等径道角挤压态和液相线模锻态）触变组织的生成及其特征、在高固相率下等温压缩过程中的力学行为和流变特性。
　　本文以实验室制备的三种不同状态（铸态、等径道角挤压态和液相线模锻态）MB15-RE镁合金为原材料，采用等温热处理法分别制备了具有半固态非枝晶组织的坯料。借助光学显微镜研究了它们重熔后的组织。结果表明，三种不同状态的MB15-RE镁合金在等温热处理过程中都能形成非枝晶的半固态球状组织；随着加热温度的提高或保温时间的延长，晶粒形状变得更加圆整；与液相线模锻态和铸态MB15-RE镁合金相比，ECAE态镁合金在半固态温度下可获得更细小、更圆整的球状组织。
　　通过半固态等温压缩实验，研究了在高固相率下三种不同状态的MB15-RE镁合金在半固态下的力学行为。结果表明，三种不同状态合金的真应力—真应变曲线都具有三个阶段：应力上升阶段、应力下降阶段和应力稳定阶段；三种状态的镁合金的峰值应力随着应变速率的增大而升高，而稳态应力随着应变速率的增大而下降；在相同应变速率下，铸态镁合金的峰值应力和稳态应力都随加热温度的升高而降低；当加热温度、应变速率和保温时间一定时，ECAE态合金的峰值应力和稳态应力分别都比铸态和液相线模锻态的峰值应力和稳态应力低；当加热温度、应变速率一定时，随着保温时间的延长，ECAE态镁合金的峰值应力和稳态应力先下降后上升。
　　利用三种不同状态合金在高固相率下的稳态应力和相关公式分别得到了表观粘度随不同参数（固相率、剪切速率、晶粒大小和保温时间）的变化曲线。结果表明，铸态镁合金的表观粘度随着固相率的减小而降低；三种不同状态的镁合金在半固态下的表观粘度随着剪切速率的增大而降低；在固相率、剪切速率和保温时间一定的情况下，合金的晶粒尺寸越小，其表观粘度也越小；当固相率和剪切速率一定的情况下，随着保温时间的增加ECAE态镁合金的表观粘度先成下降趋势后呈上升趋势。

目录

MB15-RE 镁合金半固态等温组织演变及流变性实验研究

STUDY ON MICROSTRUCTURALEVOLUTION DURING SEMI-SOLIDISOTHERMAL HEAT TREATMENTAND RHEOLOGICALCHARACTERISTIC OF MB15-REMAGNESIUM ALLOY

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 半固态金属浆料或坯料的制备方法

1.2.1 机械搅拌法

1.2.2 电磁搅拌法

1.2.3 应变诱发熔化激活法（SIMA）

1.2.4 半固态等温热处理法（SSIT）

1.3 等径道角挤压（ECAE）

1.3.1 模具结构

1.3.2 挤压路径

1.3.3 挤压道次

1.3.4 挤压温度

1.4 液相线模锻

1.5 半固态合金的流变理论

1.5.1 等温稳态流变行为

1.5.2 动态流变行为的研究

1.6 课题的主要研究内容

第2章 实验材料的制备及固相率的测定

2.1 实验材料

2.2 实验材料半固态温度区间的确定

2.3 常规铸造法制备MB15-RE 镁合金实验材料

2.4 ECAE 制备MB15-RE 镁合金实验材料

2.5 液相线模锻法制备MB15-RE 镁合金实验材料

2.6 MB15-RE 镁合金半固态温度下固相率的确定

2.7 本章小结

第3章 MB15-RE 镁合金半固态非枝晶组织制备

3.1 实验材料

3.2 铸态MB15-RE 在等温热处理过程中的组织演变

3.3 挤压态MB15-RE 在等温热处理过程中的组织演变

3.4 液相线模锻态MB15-RE 在等温热处理过程中的组织演变

3.5 等温热处理过程中的热力学分析

3.6 三种不同状态材料球化过程的比较分析

3.7 本章小结

第4章 半固态等温压缩实验及流变性研究

4.1 流变实验的理论基础

4.2 半固态等温压缩实验

4.2.1 实验材料及几何尺寸

4.2.2 实验设备与方法

4.2.3 实验参数选取

4.3 半固态等温压缩实验结果分析

4.3.1 MB15-RE 镁合金固—液两区间的流变应力分析

4.3.2 加热温度的影响

4.3.3 应变速率的影响

4.3.4 晶粒大小的影响

4.3.5 保温时间的影响

4.4 半固态MB15-RE 镁合金稳态流变行为分析

4.4.1 表观粘度与固相率的关系

4.4.2 表观粘度与剪切速率的关系

4.4.3 表观粘度与固相粒子大小的关系

4.4.4 表观粘度与保温时间的关系

4.5 本章小结

结论

参考文献

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致谢