Mg-9.5Gd-3.8Y-0.6Zr镁合金热变形行为与变形工艺优化

摘要

本文利用Gleeble1500热/力模拟机对Mg-9.5Gd-3.8Y-0.6Zr合金进行热压缩实验，压缩过程中设定变形温度分别为350℃、400℃、450℃、500℃;应变速率分别为0.001s-1、0.01s-1、0.1s-1、1s-1。利用热模拟结果做出Mg-9.5Gd-3.8Y-0.6Zr合金压缩过程中的真应力—应变曲线，并研究该曲线随温度及应变速率变化而变化的规律;计算该合金在不同变形条件下变形的表观激活能Q及相应的应力指数n，并建立该合金热变形过程中的本构方程;利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等对该合金不同状态的微观组织进行观察，并讨论该合金压缩变形过程中微观组织变化规律;建立该合金的热加工图，并结合微观组织对加工图进行讨论;最终对该合金的热变形工艺进行设计优化。研究结果表明:
　　1、压缩过程中Mg-9.5Gd-3.8Y-0.6Zr合金在温度高于350℃应变速率低于1s-1时的真应力—应变曲线呈动态再结晶特征;温度升高与应变速率的降低有利于动态再结晶的发生，从而使峰值应力σp与流变应力σ降低，达到峰值应力对应的应变εp也降低。
　　2、Mg-9.5Gd-3.8Y-0.6Zr合金不同应变速率下变形的表观激活能Q随温度的升高而增大，平均变形的表观激活能Q为225 kJ·mol-1，对应的应力指数n为4.25;利用Arrhenius半经验公式，并引入Zener-Hollomon参数Z，建立该合金的本构方程为:σ=1/0.0125ln｛(Z/6.0323×1011)1/4.25+[(Z/6.0323×1011)2/4.25+1]1/2}Z=(ε)exp(225000/RT);
　　3、温度升高、应变速率降低及变形程度增大，均使动态再结晶程度增加，新生晶粒尺寸增大;温度低于350℃应变速率高于0.1s-1时更容易发生孪生动态再结晶，孪生动态再结晶所占比例随温度的升高及应变速率的降低而减少。
　　4、在不同应变下Mg-9.5Gd-3.8Y-0.6Zr合金的功率耗散图基本相同，随应变的增加失稳区域不断扩大;该还合金适宜的安全区域为温度450-500℃应变速率0.001s-1-0.1s-1。
　　5、优化的Mg-9.5Gd-3.8Y-0.6Zr合金轧制工艺为温度475℃道次变形量为10％，在此工艺下轧制出抗拉强度达360MPa、屈服强度达280MPa、延伸率超过8％的镁合金板材。