镁-稀土合金塑性变形的显微组织演变规律研究

摘要

近年来，添加重稀土元素Gd和Y的镁合金因其室温强度和高温强度高、抗蠕变性好，因而受到研究者的广泛重视。在镁合金热机械变形过程中，动态再结晶作为一种有效的软化和晶粒细化技术，对控制镁合金的变形组织、改善镁合金的塑性变形能力和提高材料力学性能起着非常重要的作用。本文研究了GW101合金在高温压缩变形过程中的变形行为、组织演变特征，及随后的退火工艺对热压缩后合金动态再结晶组织的影响，并根据其高温压缩特性制定热轧制工艺进行轧制变形，研究轧制参数对GW101和GW93合金在热轧制变形过程中的显微组织和力学性能的影响规律，为高性能变形Mg-Gd-Y系合金的研究和应用奠定基础。 高温压缩试验结果表明：在恒温条件下，GW101合金的稳态流变应力随应变速率增加而增加；经固溶处理后，合金的变形抗力较铸态增加，临界应变也增加，说明固溶处理后合金不易发生动态再结晶。动态再结晶定量分析表明：铸态GW101合金在450℃压缩时，出现明显的动态再结晶现象，随着应变速率的增加再结晶数量减少，晶粒越来越细小；固溶态GW101合金在450℃压缩时的动态再结晶体积分数曲线随着应变增大而上升，动态再结晶临界应变先减小再增大，应变速率为10-1s-1时临界应变值最小。随着应变速率逐渐增大，初始动态再结晶速度越来越小，在10-3～10-1s-1范围内，动态再结晶速度曲线呈递减趋势，变化先快后慢；在1～102 s-1范围内，曲线先上升后下降，峰值减小。变形过程中，小于临界应变时位错滑移起主要作用，通过TEM可以观察到典型的镁合金滑移变形微观形貌，之后发生明显的动态再结晶。 随后的再结晶退火试验结果表明：两种状态GW101合金试样经450℃高温压缩后在200℃退火时基本无静态再结晶现象，铸态合金在300～450℃退火，均发生静态再结晶，随着退火温度的升高，静态再结晶的速度加快，静态再结晶的百分数也增加。固溶态试样经450℃高温压缩后在小于350℃退火时基本无静态再结晶现象，400℃和450℃时发生明显的静态再结晶；随温度的升高，静态再结晶的速度和百分数都增加；同一温度下退火，随时间的增加再结晶晶粒逐渐变大，由模糊逐渐变得清晰。铸态试样发生静态再结晶比固溶试样容易，且再结晶程度要大很多。 对铸态、固溶态GW101和GW93合金板材在450℃进行多道次轧制，每道次中间进行420℃，15min中间退火处理。结果表明：随着轧制道次增多，轧制变形量增大，板材的室温抗拉强度、布氏硬度和延伸率都得到提高，随后的时效处理使抗拉强度、布氏硬度提高，而延伸率略有下降。固溶态合金板材在小于35%轧制变形量时，显微组织中存在大量孪晶，孪生变形起主要作用，继续变形时孪晶逐渐消失，出现动态再结晶；而铸态板材在轧制过程中始终没有出现孪晶组织，主要变形机制为滑移和再结晶。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2镁和镁合金的特点

1.3变形镁合金的研究现状

1.3.1镁合金的塑性变形行为

1.3.2镁合金塑性变形机制

1.4镁合金的动态再结晶

1.4.1动态再结晶发生的条件

1.4.2镁合金动态再结晶时的应力-应变曲线特点

1.4.3镁合金动态再结晶起点的确定

1.4.4动态再结晶体积分数的确定

1.4.5动态再结晶的组织特点

1.4.6镁合金动态再结晶的影响因素

1.5镁合金的静态再结晶

1.6 Mg-Gd-Y系变形镁合金的研究

1.7课题背景及主要研究内容

1.7.1课题背景与意义

1.7.2主要研究内容

2试验过程及方法

2.1试验方案

2.2试验过程

2.2.1合金的熔炼

2.2.2镁合金的热处理、压缩和轧制

2.3镁合金的组织分析

2.3.1金相显微镜分析

2.3.2扫描与透射电镜观察

2.4本章小结

3 GW101稀土镁合金高温压缩变形行为和显微组织演变

3.1 GW101合金的高温压缩行为

3.1.1变形温度的影响

3.1.2应变速率和变形量的影响

3.1.3固溶处理对GW101合金高温压缩变形行为的影响

3.2 GW101合金高温压缩变形过程中的显微组织演变

3.2.1应变速率和变形量的影响

3.2.2固溶处理对GW101合金高温压缩变形后显微组织的影响

3.2.3固溶态GW101合金不同应变速率下压缩时的再结晶动力学

3.3 Mg-Gd-Y系稀土镁合金的变形机制和再结晶机理研究

3.3.1变形温度对Mg-Gd-Y系合金塑性变形机制的影响

3.3.2变形方式和固溶处理对Mg-Gd-Y系合金塑性变形机制的影响

3.3.3 Mg-Gd-Y系合金高温塑性变形过程中动态再结晶机制

3.4本章小结

4 GW101稀土镁合金高温压缩后静态再结晶研究

4.1温度和时间对GW101合金高温压缩后再结晶退火组织的影响

4.2前期固溶处理对压缩合金再结晶退火后显微组织的影响

4.3本章小结

5 GW93和GW101稀土镁合金轧制后显微组织和力学性能

5.1轧制工艺的确定

5.2 GW93合金轧制后的组织性能研究

5.2.1 GW93合金轧制后的显微组织演变

5.2.2 GW93合金轧制后的力学性能研究

5.3 GW101合金轧制后的组织性能研究

5.3.1 GW101合金轧制后的显微组织演变

5.3.2 GW93合会轧制后的力学性能研究

5.4本章小结

6结论

参考文献

攻读硕士论文期间发表的论文

致谢