镁铝锌系合金加工新工艺对组织与力学性能影响的研究

摘要

镁合金因具有密排六方的晶体结构，在室温下可开动的滑移系少，故室温塑性较差。为提升镁合金的室温力学性能，本课题提出镁合金平模压缩-轧制-退火和波浪模压缩两种新变形方法。本课题利用光学显微镜观察变形及退火过程中镁合金的显微组织演化过程，利用电子背散射衍射技术研究变形过程中镁合金的内部微观织构演化，利用力学性能测试如显微硬度、室温拉伸和胀形性能等检测新变形方法对镁合金显微组织、微观织构和力学性能的影响。
　　针对AZ91等难变形镁合金，提出平模压缩-轧制-退火的新变形方法。通过在723 K的高温下，对AZ91镁合金利用上下模均平整的模具进行单向高速压缩，实现对难变形镁合金的大压下量开坯，并不致断裂。在623 K下对AZ91镁合金在普通冷辊下轧制，成功引入大量孪晶，为后续的再结晶退火提供驱动能或形核点。平模压缩-轧制变形后的AZ91镁合金在不同温度下退火再结晶后，得到不同程度的晶粒细化，其中在723 K下退火2.5 min后的细化效果最明显，平均晶粒尺寸约为8.7μm。在不同温度下退火后，AZ91镁合金的延性和抗拉强度均得到了不同程度的提升。其中，在673 K下退火5 min后，力学性能最优，延性为18.2％，强度为314.2 MPa。
　　针对热轧态镁合金具有强基面织构、难以进行后续加工的问题，提出波浪模压缩的新变形方法。通过在673 K下利用上下模均为波浪状的模具对AZ31镁合金板材进行4道次的反复压缩变形，得以同步提升AZ31镁合金板材的室温拉伸延性和胀形性能。在压缩4道次后，AZ31镁合金的平均晶粒尺寸被显著细化至约8μm。在波浪模压缩变形的前3道次中，动态回复为动态软化中的主要机制;在第4道次中，动态再结晶则成为主要的软化控制机制。通过该变形方法对AZ31镁合金板材中引入的不同方向不同大小的剪切应变和动态软化尤其动态再结晶的发生，镁合金板材内部基面织构的强度得到明显的弱化，织构分布也变得极为随机化。其中，前3道次中织构弱化为主要结果，延性和杯突值提升有限;第4道次中织构分布随机化后，延性和杯突值均得到显著的提高，并且强度与热轧后的AZ31镁合金相近。在压缩4道次后，其室温延性与抗拉强度分别为25.4％和232.2 MPa，室温杯突值为2.6。
　　本课题通过对镁合金新变形方法的研究，实现了对镁合金室温力学性能的提升，为难变形镁合金和强基面织构镁合金的工业生产提供了高效实用的途径;同时，本研究也丰富了镁合金塑性变形、再结晶和微观织构等基础研究领域的理论。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 引言

1．2 细化晶粒

1．3 调控织构

1．4 镁合金热变形过程中及热变形后的软化

1．4．1 镁合金热变形过程中的动态软化

1．4．2 镁合金热变形后的再结晶退火

1．5 研究背景及意义

1．5．1 平模压缩-轧制-退火

1．5．2 波浪模压缩

1．6 本项目的特色及创新点

2 实验过程及方法

2．1 实验方案设计

2．2 实验材料准备

2．3 实验方法

2．3．1 平模压缩-轧制-退火

2．3．2 波浪模压缩

2．4 组织观察及力学性能测试

2．4．1 显微组织观察

2．4．2 EBSD分析

2．4．3 室温拉伸性能测试

2．4．4 室温胀形性能测试

2．4．5 显微硬度测试

3 平模压缩-轧制-退火对AZ91镁合金组织及力学性能的影响

3．1 AZ91镁合金的单向压缩真应力-真应变曲线

3．2 温度对单向压缩AZ91镁合金显微组织的影响

3．3 温度对轧制AZ91镁合金显微组织的影响

3．4 退火条件对AZ91镁合金显微组织的影响

3．5 平模压缩-轧制-退火对AZ91镁合金力学性能的影响

3．6 本章小结

4 波浪模压缩对AZ31镁合金组织、织构及力学性能的影响

4．1 有限元模拟

4．2 显微组织演化

4．3 EBSD分析

4．3．1 织构演化

4．3．2 显微组织演变的机理

4．4 力学性能

4．4．1 拉伸性能测试

4．4．2 胀形性能测试

4．5 温度对波浪模压缩AZ31镁合金组织及力学性能的影响

4．5．1 显微组织演化

4．5．2 室温拉伸性能测试

4．6 分析与讨论

4．7 本章小结

5 结论

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢