室温等通道转角挤压后纯镁的微观组织与力学性能研究

摘要

镁，密度为1.74g/cm3，是目前航天航空、电子通信、汽车领域最有应用前景的金属材料之一。然而，镁为密排六方结构的晶体，在常温下只能沿基面进行滑移，塑性和延展性较差，从而大大限制了其生产应用。
　　等通道转角挤压(ECAP)是在不改变材料尺寸的条件下制备超细晶镁及镁合金块状材料并提高其综合性能的最有效的方法。很长一段时间以来，关于纯镁的 ECAP变形研究一般是在高温下进行的，但是温度升高会发生再结晶，导致晶粒尺寸变大，强化效果下降。所以，只有在较低的温度下进行 ECAP挤压，才能获得理想的纳米组织。研究表明，采用一些方法如施加背压，降低挤压速度及增大模具转角等可以实现纯镁及镁合金在200℃以下的 ECAP挤压，然而，这对于实现纯镁及其镁合金在室温下的 ECAP挤压还有一定难度，因为密排六方结构的镁晶体在 ECAP变形中很容易产生裂纹。
　　为了解决纯镁在室温挤压过程中开裂的问题，实现纯镁在室温下的一道次塑性大变形，本文用钻孔纯铁包套纯镁棒的方法，在室温下以4mm/min的速度对φ8mm的纯镁棒包套后进行ECAP挤压。借助于铁套对纯镁试样在剪切变形过程中产生的应力束缚作用，成功制备了表面无裂纹、晶粒细小、性能优良的纯镁挤压试样。使用SEM-EBSD、维氏硬度计、电子万能试验机对一道次ECAP变形态及退火态的微观组织、力学性能进行了研究。
　　对一道次 ECAP挤出前后纯镁的微观组织和织构进行了研究，结果表明：热挤压后纯镁组织分布比较均匀，但是晶粒尺寸较大，而经过一道次挤压后的微观结构为拉长的带状组织，且分布不均，但是晶粒尺寸明显细化。纯镁的变形织构为典型的（0001）基面纤维织构，柱面织构和锥面织构相对较弱，纯镁试样经一道次挤压后，织构最强极与挤出方向发生了一定的偏移，约为15°左右，这是试样在等通道挤出过程中，在通道角中受到剪切变形的结果，同时，织构极密度强度下降，这可能与形成了更多的小角度晶界有关。
　　对一道次ECAP挤出前后纯镁的压缩力学性能进行了研究，结果表明：热挤压后，纯镁试样屈服强度，压缩强度均有明显提高，而经过一道次挤压后又有所下降，这是 ECAP挤出过程中变形的不均匀性造成的；经过热挤压后，纯镁的硬度增加，一道次挤压后降低，这是试样在 ECAP变形中组织分布不均匀造成的。
　　对一道次退火后纯镁的微观组织和织构进行了研究，结果表明：退火处理后，一方面，晶粒发生了静态再结晶，晶界变得清晰，形成大量的等轴晶，在200℃×30min的退火条件下，退火组织分布最为均匀，晶粒平均尺寸也最小；另一方面，一道次挤压试样的（0001）基面织构、（10-10）柱面织构和（10-11）锥面织构位置基本不变，但是织构分布变得分散，织构强度随着退火时间的增加而降低，说明退火可以弱化织构，但是不会改变织构的位置分布。退火处理后形成大量的等轴晶，大角度晶界逐渐增加。
　　对一道次退火后纯镁的压缩力学性能进行了研究，结果表明：退火处理后，试样内部由于变形不均匀引起的残余内应力逐渐消除，发生了静态再结晶，材料的抗压强度、压缩率均有明显提高，屈服强度则稍有下降，其中在退火30min的条件下各项力学性能达到最大，而此时的组织分布最为均匀，晶粒平均尺寸也最小。说明30min是该温度下的最佳退火时间；同时，纯镁的硬度均有所下降，说明经过退火处理后，伴随着试样内部大量的残余内应力消失，位错密度降低导致材料硬度减小。

目录

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1镁

1.2镁合金

1.3镁及镁合金大塑性变形技术

1.4镁及镁合金形变织构

1.5等通道转角挤压工艺

1.6本课题研究意义及内容

第二章 材料制备及测试方法

2.1实验材料

2.2实验设备与工艺

2.3测试方法

第三章 一道次挤压态纯镁的组织及力学行为研究

3.1引言

3.2挤压后纯镁的微观结构

3.3挤压后纯镁的力学性能

3.4小结

第四章 一道次退火态纯镁的组织及力学行为研究

4.1引言

4.2退火后纯镁的微观结构

4.3退火后纯镁的力学性能

4.4小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文