脉冲电流对ZK60镁合金组织影响及力学性能研究

摘要

由于具有较低密度，较高的比刚度、比强度，镁合金材料被广泛应用于工业领域，优化镁合金组织与性能也成了当前的研究热点。晶粒细化不仅可以使镁合金材料的硬度、强度提高，同时还可以提高材料的塑性、韧性，从而使材料获得较优良综合力学性能。
　　本论文通过对ZK60镁合金板材进行轧制变形处理、脉冲电流处理，使材料获得了平均晶粒尺寸为2μm再结晶组织，同时综合力学性能得到了显著提高。
　　首先对均匀化处理后的ZK60合金材料在150℃下进行多道次轧制变形处理，使材料内部累积较高位错密度以及高应变量;然后，对轧制变形ZK60合金进行电脉冲处理，通过调整电脉冲工艺参数，获得了不同的静态再结晶组织;最后对再结晶组织进行显微组织分析与力学性能表征。
　　结果表明，轧制变形ZK60合金板材由脉冲电流引发的静态再结晶相较于传统退火再结晶更易发生，并且获得的再结晶晶粒更加均匀细小。当在22μs-10min-100Hz的电脉冲工艺参数处理下，ZK60合金的晶粒尺寸由原始的100μm细化至2μm，抗拉强度由原始的210Mpa提高至320Mpa，伸长率由原始的14.6％提高近一倍至30％。通过电脉冲处理实验中试样温度实测以及利用傅里叶导热模型的温度场分析表明，由脉冲电流引入的焦耳热不足以使变形材料发生静态再结晶。此外，脉冲电流作用于金属时，会对金属材料产生一个与其本身电阻率相关的吉布斯自由能。金属材料的再结晶过程即由变形态转变为再结晶态，由于ZK60合金轧制变形态的电阻率高于再结晶态，因此，两种状态下吉布斯自由能的差值便可为材料的再结晶过程提供额外驱动力。本文中ZK60合金累积变形量较大，因此在电脉冲处理过程中，合金的再结晶机制主要是亚晶合并，脉冲电流加速了位错等晶体缺陷的迁移速率，加速了无应变晶粒的再结晶形核。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 镁及镁合金概述

1．1．1 引言

1．1．2 镁合金的应用

1．1．3 镁合金材料的强化

1．2 镁合金的晶粒细化

1．2．1 镁合金晶粒细化概述

1．2．2 合金熔体阶段的细化

1．2．3 剧烈塑性变形细化

1．2．4 电磁脉冲细化

1．2．5 再结晶细化

1．3 镁合金的再结晶

1．3．1 镁合金再结晶过程

1．3．2 再结晶过程中的组织演化

1．4 研究的目的与意义

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究意义

1．4．3 研究内容

第二章 实验方法

2．1 引言

2．2 实验方案

2．3 实验材料

2．4 实验方法与设备

2．4．1 ZK60铸板均匀化热处理

2．4．2 ZK60多道次轧制变形

2．4．3 ZK60脉冲电流处理

2．5 表征方法与设备

2．5．1 试样的取样区域

2．5．2 显微组织分析

2．5．3 力学性能分析

第三章 脉冲电流对ZK60镁合金的晶粒细化与力学性能影响

3．1 ZK60合金在轧制变形过程中温度的确定

3．2 轧制态ZK60合金脉冲处理与退火处理细化效果对比

3．3 不同脉冲宽度对轧制变形ZK60镁合金的影响

3．3．1 显微组织分析

3．3．2 力学性能分析

3．4 不同脉冲时间对轧制变形ZK60镁合金的影响

3．4．1 显微组织分析

3．4．2 力学性能分析

3．5 不同脉冲频率对轧制变形ZK60镁合金的影响

3．6 本章小结

第四章 脉冲电流对ZK60镁合金组织细化机理分析

4．1 脉冲电流处理过程中的焦耳热对轧制变形ZK60镁合金的影响

4．2 脉冲电流处理过程中额外自由能对轧制变形ZK60镁合金的影响

4．3 脉冲电流对轧制变形ZK60镁合金再结晶过程的其他影响

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文