Ca和Ce微合金化对AZ31镁合金组织与冲压性能的影响
发布时间：2020-03-28 13:22
【摘要】：镁合金具有低密度、较高的比强度和比刚度等优点,受到了广泛的关注。但是镁合金成形性能较差,极大地限制了其商业应用。稀土镁合金具有较好的成形性能,但是大量稀土元素的加入使镁合金成本大幅度提高,开发低成本高成形性能的镁合金可以有效地推动镁合金的应用。本课题通过在AZ31镁合金中加入微量的Ca元素,研究Ca含量对AZ31合金组织和冲压性能的影响。之后,选取性能最好的Mg-3Al-1Zn-0.2Ca合金探索轧制退火工艺,并通过成形性能的差异优化轧制退火工艺。最后,在AZ31和Mg-3Al-1Zn-0.2Ca合金中加入廉价的稀土元素Ce,研究Ce和/或Ca对AZ31合金组织、成形性能和力学性能的影响机理。所得主要结论如下:(1)挤压态AZ31合金板材具有强烈的基面织构,合金中加入的Ca元素含量越大,挤压态合金再结晶越充分,在热轧过程中Ca元素可以减少组织中剪切带的数量并促进动态再结晶。随着Ca含量的增加,轧制退火态板材的基面织构强度逐渐减弱,Mg-3Al-1Zn-0.2Ca合金的基面织构强度为3.5,而且Mg-3Al-1Zn-0.12Ca和Mg-3Al-1Zn-0.2Ca合金板材的织构基极向TD发散。随着Ca含量的增加,AZ31合金板材的室温成形性能逐渐提高,Mg-3Al-1Zn-0.2Ca合金的Erichsen值为6.5 mm,板材的平面各向异性减弱。板材各向异性的变化与基面织构的分布有关,Mg-3Al-1Zn-0.12Ca和Mg-3Al-1Zn-0.2Ca合金板材的Δr值分别为0.17和0.18。(2)轧制温度为450℃或道次压下率为20%时,合金薄板具有较弱的基面织构,可以提高薄板的室温成形性能。在300℃~450℃范围内,室温成形性能随退火温度升高而降低。最优的轧制退火工艺为每道次压下率20%,轧制温度450℃,最终退火温度为300℃。此时Mg-3Al-1Zn-0.2Ca薄板的平均晶粒尺寸约为6μm,基面织构强度为3.5,室温Erichsen值为6.5 mm,具有优良的室温成形性能。(3)Ca和Ce均可以促进镁合金动态再结晶形核,使挤压态板材再结晶晶粒更加均匀细小,从而弱化挤压态板材的基面织构。Ca和Ce可以弱化轧制退火态板材的基面织构,Mg-3Al-1Zn-0.2Ce-0.2Ca合金的基面织构最弱,基面织构强度为3.2。Ca元素还改善了板材的基面织构分布,Mg-3Al-1Zn-0.2Ca和Mg-3Al-1Zn-0.2Ce-0.2Ca板材的基面织构基极向TD发散,织构的改善主要是由于合金元素引起的滑移系的改变。Ca和Ce使AZ31板材的r值和各向异性降低,其中Mg-3Al-1Zn-0.2Ce-0.2Ca板材的r值最低,各向异性最弱,其r值为1.05,Δr值为0.04,板材各向异性的降低与其织构改善密切相关。Ca和Ce大幅提高了AZ31合金板材的室温成形性能,其中Mg-3Al-1Zn-0.2Ce-0.2Ca板材的埃利克森值最大,室温成形性能的提高可以归因于织构的改善、较小的r值和较大的n值。
【图文】：
图 1.1 铸造镁合金与变形镁合金的屈服强度对比[7]Fig. 1.1 Tensile properties of magnesium alloys produced by different metho Zr 是镁合金中的主要合金化元素，根据是否含铝可以将镁合和无铝镁合金两类，商业镁合金也可以按照是否含锆划分为含合金。锆元素在镁合金中可以起到显著地细化晶粒的作用，但形成稳定的金属间化合物，使得含铝的 AK 型镁合金无法开金塑性变形机制准大气压下，纯镁为密排六方晶体结构，如图 1.2 所示，晶格m，c = 0.52105 nm，轴比 c/a = 1.624，，与密排六方晶体的理论。在镁的晶胞中，<11-20>晶向是原子排列最紧密的方向，{00紧密的面。在晶体发生塑性变形时，滑移面和滑移方向通常是排列最紧密的晶面和晶向。金属的塑性变形能力由滑移系启动移系的启动又由其临界剪切应力(CRSS)决定。在温度较低时，
锥面滑移c+a 滑移 {11-21}<11-23> 5c+a 滑移 {11-22}面滑移系的激活对于改善镁合金的塑性变形能力至关重要，镁取决于材料本身的组织结构，还与变形工艺的参数有关。影响的因素主要有合金元素、变形速度、变形温度、晶粒取向和晶粒会影响镁合金材料的滑移类型，在不同的变形温度下，可以启在温度低于 225 ℃时，镁合金的塑性变形主要是依靠滑移和孪是 {0002}<11-20> 基面滑移。这是由于在此温度范围内，基面容易被激活的滑移系，基面滑移系启动所需的 CRSS 远小于非晶体中约为柱面滑移、锥面滑移等非基面滑移的 1/100[8]。当温上，原子活动能力增强，基面滑移系与非基面滑移系启动所需的棱柱面和锥面等非基面滑移系可以被激活，使得镁合金的塑性。图 1.3 为不同温度下，多晶体镁中基面滑移系和非基面滑移系
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22
本文编号：2604506
【图文】：
图 1.1 铸造镁合金与变形镁合金的屈服强度对比[7]Fig. 1.1 Tensile properties of magnesium alloys produced by different metho Zr 是镁合金中的主要合金化元素，根据是否含铝可以将镁合和无铝镁合金两类，商业镁合金也可以按照是否含锆划分为含合金。锆元素在镁合金中可以起到显著地细化晶粒的作用，但形成稳定的金属间化合物，使得含铝的 AK 型镁合金无法开金塑性变形机制准大气压下，纯镁为密排六方晶体结构，如图 1.2 所示，晶格m，c = 0.52105 nm，轴比 c/a = 1.624，，与密排六方晶体的理论。在镁的晶胞中，<11-20>晶向是原子排列最紧密的方向，{00紧密的面。在晶体发生塑性变形时，滑移面和滑移方向通常是排列最紧密的晶面和晶向。金属的塑性变形能力由滑移系启动移系的启动又由其临界剪切应力(CRSS)决定。在温度较低时，
锥面滑移c+a 滑移 {11-21}<11-23> 5c+a 滑移 {11-22}面滑移系的激活对于改善镁合金的塑性变形能力至关重要，镁取决于材料本身的组织结构，还与变形工艺的参数有关。影响的因素主要有合金元素、变形速度、变形温度、晶粒取向和晶粒会影响镁合金材料的滑移类型，在不同的变形温度下，可以启在温度低于 225 ℃时，镁合金的塑性变形主要是依靠滑移和孪是 {0002}<11-20> 基面滑移。这是由于在此温度范围内，基面容易被激活的滑移系，基面滑移系启动所需的 CRSS 远小于非晶体中约为柱面滑移、锥面滑移等非基面滑移的 1/100[8]。当温上，原子活动能力增强，基面滑移系与非基面滑移系启动所需的棱柱面和锥面等非基面滑移系可以被激活，使得镁合金的塑性。图 1.3 为不同温度下，多晶体镁中基面滑移系和非基面滑移系
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22
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本文编号：2604506
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