挤压态ME20M镁合金高温变形行为与热旋工艺研究

摘要

镁合金作为目前最轻的结构材料，具有低密度、较高的比强度、较好的耐热性和抗蠕变性能以及零件尺寸稳定等优点，从而成为当今世界研究的热点之一。但是由于镁合金研究起步较晚，使其应用现状和巨大的应用潜力之间存在巨大的落差，镁合金尤其是变形镁合金的应用远远落后于同为轻质合金的铝合金及钛合金等。ME20M合金作为Mg-Mn合金中的一种，铸造时热收缩和热裂倾向严重、合金强度低，合金的强度的提高主要依靠变形强化，因此有必要对经过形变强化的合金进行研究。此外，薄壁回转体构件在航空航天领域有着重要的应用，而旋压技术是成形此类构件的重要技术，但是由于镁合金变形难度大而使得其旋压技术应用较少，因而有必要进行相关的研究。
　　本文首先通过热压缩实验研究了挤压态ME20M合金的高温塑性变形行为及变形过程中组织的演变规律，建立了热加工图以对后续的加工工艺进行指导。然后，采用弹性有限元数值模拟技术对ME20M合金旋压过程中进行了模拟，分析了各道次中的应力应变、流动规律以及成形缺陷产生机制，为旋压成形提供初步指导。最后，通过旋压实验分析了旋压过程中的组织性能演化以及旋压缺陷产生原因，并确定了较为合理的旋压参数。
　　热压缩实验结果表明：1）325℃以下试样基本上都出现了开裂情况，350℃～375℃时，当应变速率超过1s-1时，试样出现开裂，当温度超过400℃时，在应变速率为0.001s-1～10s-1范围内试样基本完好。2）ME20M镁合金的流变应力随应变速率的增大而增大，随着变形温度的升高而降低；3）合金的变形机制以位错滑移为主，软化机制以动态再结晶为主，在高于400℃的压缩变形后，组织中都出现了动态再结晶现象，并且随着温度的升高，动态再结晶越明显。由热加工图可知， ME20M镁合金合理的成形参数区间为400～420℃、0.001～0.1s-1及420～460℃、0.1～1s-1。在低温高应变速率区域内，由于加工硬化而引起应力集中导致变形失稳；在高温高应变速率内由于高温及剧烈变形热效应而导致局部过热而引起局部变形失稳。
　　通过有限元数值模拟可知，小减薄率下变形量沿厚度方向有明显的差异，材料变形量随着厚度由外到里逐渐减小，随着旋压道次的增加，内外层变形逐渐趋于均匀。旋压过程中材料接触区径向、切向和轴向均承受压应力，材料隆起随着变形进行而增高，最终达到平稳，最大隆起高度随着旋压道次增加而减少。随着变形进行，旋压力缓慢增加，最后趋于平稳，并且旋压力随着旋压道次增加而减小。
　　通过该合金的旋压成形实验，确定了较为合理的旋压成形参数，确定了合理的旋压温度区间（400～420℃）。低温变形抗力较大，且容易出现裂纹；温度偏高是材料容易隆起；温度过高时，容易过烧。旋后纤维组织更加明显，挤压组织进一步细化。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 镁及稀土镁合金的应用现状

1.3 镁合金塑性加工技术现状的研究

1.4 镁合金的热变形行为及热加工图的研究进展

1.5 本文的选题意义及主要研究内容

第2章 实验材料及研究方案

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 分析测试方法

第3章 ME20M镁合金热变形微观组织和力学性能研究及热加工图分析

3.1 引言

3.2 真实应力-应变曲线

3.3 应变速率和温度对真实应力-应变曲线的影响

3.4 热压缩过程微观组织演变规律的研究

3.5 热压缩试样的EDS分析

3.6 热加工图

3.7 本章小结

第4章 ME20M合金筒形件多道次旋压过程数值模拟

4.1 引言

4.2 ME20M镁合金筒形件多道次旋压数值模拟模型建立

4.3 ME20M镁合金筒形件多道次旋压成形机理分析

4.4 本章小结

第5章 ME20M镁合金旋压组织演化与性能分析

5.1 引言

5.2 ME20M镁合金热旋压实验

5.3 ME20M镁合金强旋实验结果及分析

5.4 旋压成形缺陷分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢