Mg及Mg--Zn基合金冷变形及静态再结晶过程中组织与性能研究

摘要

镁及镁合金具有良好的生物相容性、可降解性和与人体适宜的力学性能匹配性，使其作为一种可降解的医用植入材料受到广泛关注。但是降解速率快及不均匀是目前镁合金作为生物医用器件植入所面临的主要问题。该问题主要是由合金化元素以第二相的形式存在于基体中，形成内部电偶腐蚀，或在第二相位置处易发生点蚀引起的。目前绝大数采用表面处理来提高镁合金耐蚀性的方法通常存在膜层均匀性、致密性以及与基体结合力的问题。近来，通过固溶处理消除第二相，形成单相的镁合金可以提高其耐蚀性，但由于晶粒尺寸长大，使得力学性能下降。而晶粒细化不但可以提高镁合金的强韧性性，还可以进一步改善耐蚀性。因此，本研究利用固溶处理和300℃反向热挤压工艺制备了纯Mg及单相的Mg-3Zn、Mg-3Zn-0.2Ag、Mg-3Zn-0.5Ag和Mg-3Zn-0.8Ag（wt.％）合金，然后采用单道次小变形量的冷拉拔及单相区退火调控挤压态镁合金的组织和性能。在此过程中，利用金相显微观察、成分及相分析、显微维氏硬度和室温拉伸等分析测试手段研究了纯Mg和Mg-Zn基合金在挤压、拉拔、退火过程中的组织与性能变化及静态再结晶规律。得到如下结论: 将固溶处理后的纯Mg和Mg-3Zn-(0～0.8wt.％)Ag合金在300℃、挤压比为144的条件下进行反挤压，获得了直径为2mm的单相Mg-Zn基合金线材，在此基础上，通过三次冷拉拔和三次退火，晶粒尺寸细化至3μm左右，获得了直径为0.8mm的单相、细晶Mg-Zn基合金丝材。 在挤压、拉拔、退火过程中，纯Mg及Mg-3Zn-(0～0.8wt.％)Ag合金的微观组织演变表明，五种合金在挤压过程中均发生完全动态再结晶而形成晶粒尺寸在30～45μm的等轴晶;在拉拔态Mg-Zn基合金晶粒内中出现高密度孪晶，这意味着孪生是冷拉拔过程中的主要变形机制;再结晶中间退火后，Mg-Zn基合金晶粒尺寸不断细化，且孪晶是再结晶过程中重要的形核质点，其晶粒中分布的孪晶及孪晶界为再结晶提供了更多的形核位置，形核几率增加。 纯Mg及Mg-3Zn-(0～0.8wt.％)Ag合金的力学性能对比表明:挤压态Mg-Zn基合金的屈服强度和抗拉强度均在145MPa、235MPa左右，随着合金元素Ag含量的添加，Mg-Zn基合金的延伸率呈现先增加后降低的趋势，其中Mg-3Zn-0.5Ag的延伸率达到16.7％;在冷拉拔过程中Mg-Zn基合金丝材表现出了明显的加工硬化，Mg-Zn基合金的屈服强度、抗拉强度最高分别达到400MPa、450MPa;但延伸率较低仅为1.2％左右。 对Mg-Zn基合金在150～400℃退火保温不同时间的静态再结晶行为进行研究表明，在中低温区(200℃～250℃)，退火温度和退火时间对再结晶晶粒尺寸影响不敏感;在高温区，延长退火保温时间或提高退火温度均会使再结晶晶粒尺寸迅速长大。合金元素Ag的加入起到了一定的细化晶粒作用。且Mg-Zn基合金的完全静态再结晶在5min内就可以发生。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1生物镁及镁合金存在的问题及解决途径

1．1．1生物镁及镁合金存在的问题

1．1．2生物镁及镁合金存在问题的解决途径

1．2镁合金晶粒细化的研究现状

1．2．1动态再结晶(DRX)细化晶粒

1．2．2冷变形+静态再结晶细化晶粒

1．3镁合金丝材作为生物材料的应用

1．4论文的研究目的和内容

第2章实验内容与方法

2．1实验材料的制备

2．1．1合金熔炼与挤压工艺

2．1．2拉拔与退火工艺

2．2实验检测分析方法

2．2．1成分分析

2．2．2显微组织及相分析方法

2．2．3晶粒尺寸的测量方法

2．2．4力学性能分析

2．3．5 SEM分析

第3章挤压态纯Mg及Mg-Zn基合金的组织与性能

3．1．2挤压态纯Mg及Mg-Zn基合金显微组织

3．2挤压态Mg及Mg-Zn基合金的力学性能

3．2．1室温拉伸实验

3．2．2硬度测试

3．3本章小结

第4章Mg及Mg-Zn基合金冷变形与中间退火组织与性能研究

4．1．1 Mg及Mg-Zn基合金冷变形组织

4．1．2中间退火工艺的确定

4．2第二阶段冷变形与退火微观组织研究(Φ1.6mm→Φ1.2mm)

4．2．1 Mg及Mg-Zn基合金的冷变形组织

4．2．2 Mg及Mg-Zn基退火态组织(Φ1.2mm)

4．3第三阶段冷变形与退火微观组织研究(Φ1.2mm→0.8mm)

4．3．1 Mg及Mg-Zn基合金的冷变形组织

4．3．2 Mg及Mg-Zn基退火态组织(Φ0.8mm)

4．4冷变形与退火过程中力学性能研究

4．4．1硬度试验

4．4．2室温拉伸试验

4．5本章小结

第5章Mg及Mg-Zn基合金静态再结晶研究

5．1．1退火工艺对Mg-Zn基合金显微组织的影响

5．1．2退火工艺对Mg-Zn基合金均匀性的影响

5．2退火工艺对纯Mg及Mg-Zn基合金力学性能的影响

5．3本章小结

第6章结论

参考文献

致谢