AZ81镁合金在铸锻复合成形工艺中组织性能演变的研究

发布时间：2020-05-22 14:10

【摘要】： 针对镁合金压铸件性能低下,而传统锻压工艺成本高的现状,开发高效率、高品质、低成本的高强韧构件成形新工艺成为镁合金成形技术研究的方向。本论文基于“预成形铸坯模压成形”专利,系统研究了AZ81镁合金在挤压铸造+等温模锻成形工艺条件下的组织性能演变规律以及热处理对组织性能的影响,分析了AZ81铸锻复合成形工艺条件下的强韧化机制,为用铸锻复合成形工艺生产高强韧镁合金结构件奠定组织性能调控基础。研究结果表明: ①挤压铸造试样的显微组织主要由粗大的初晶α-Mg基体和高度混合的α-Mg+β-Mg17Al12共晶组织组成,平均晶粒尺寸为15.67μm;等温模锻成形过程中,β-Mg17Al12相逐渐破碎弥散并溶入基体,得到明显细化的等轴再结晶晶粒组织,变形量越大,晶粒细化效果越好,在本实验的最大变形量(60%)下合金的平均晶粒尺寸减小到3.39μm; ②等温模锻成形过程中由于试样内部应变分布不均匀,形成近似铸态组织的难变形区,部分再结晶的小变形区以及几乎再结晶完全的的中心大变形区。变形量对AZ81合金的动态再结晶有重要影响,随着变形量的增加,合金再结晶完全的中心大变形区明显变大,动态再结晶晶粒体积分数显著增加;当锻压比≥60%时,构件内部变形区域均匀分布。 ③等温模锻能显著提高合金的综合力学性能,随着变形量的增加,合金再结晶越充分,合金力学性能越好,在本实验的最大变形量(60%)下合金抗拉强度为278.06MPa,屈服强度为161.24MPa,延伸率为11.36%,分别比挤压铸态试样提高22.96%,16.70%和49.08%; ④挤压铸态试样经400℃×10h固溶+200℃×8h人工时效后达到硬化峰值,合金内β-Mg17Al12相在晶内弥散析出,宏观硬度为78.7HRE,合金抗拉强度达到262.49MPa,屈服强度达到146.06MPa,延伸率为8.46%;60%变形量锻态试样经175℃×10h人工时效后达到硬化峰值,宏观硬度为84.5HRE,抗拉强度为304.75 MPa,屈服强度为198.16 MPa,延伸率为11.24%。 ⑤铸锻复合成形过程中,合金发生明显的动态再结晶,晶粒显著细化,第二相破碎弥散并溶入基体,铸造缺陷得到弥合修复,合金综合力学性能得到大幅提升。实验确定AZ81挤压铸造预成形试样在400℃变形温度,2mm/s变形速度下进行≥60%变形量的等温模锻成形,锻后进行175℃×10h人工时效,能获得良好的综合力学性能。
【图文】：

合金相图,Mg-Al合金,相图,压力

图 1.1 压力对 Mg-Al 合金相图的影响Fig 1.1 Effect of Mg-Al alloy map under pressure宏观晶粒度、细化其显微组织。金结晶的宏观晶粒度的影响是复杂的，要视其他工艺条善合金与铸型壁的热交换条件，使生长中的枝晶破碎工艺选配得当的情况下，压力结晶是可以使合金宏观时，在某些条件下，压力会促使发达柱状晶的形成。的显微组织(枝晶间距或晶胞尺寸)与其合金成分及凝固况下，压力会细化合金的显微组织，，对改善合金力学性析出及气孔的形成。外部的压力能提高气体在合金中的溶解度，并阻止气泡所致。气泡的形成和气体在合金中的溶解度有关，还关。只有当气泡形成所需要的分压达到某个临界值以力下结晶，这无疑对提高挤压铸件内部质量是至关重

金属镁,晶体结构

10裂。图1.2 金属镁的晶体结构Fig 1.2 Unit cell crystal of magnesium大量研究表明：提高变形温度能显著改善镁合金的成形性能，而晶粒细化是改善多晶镁变形结构特征、提高镁合金性能的重要途径之一。从前面对镁合金结构特性及塑性变形机理来看，温度升高后，外加滑移面被激活，滑移系统增多，因而塑性极大提高。晶粒细化降低晶界反向应力使之更易于调整(a)两相邻晶粒间的重叠或无效位移(即晶界滑动及/或转动)及(b)已孪生的穿晶体积，从而改善镁合金的塑性。晶粒细化到一定程度可以保证多晶镁合金具备充分的延性转变能力。另一方面，根据 Hall-Petch 公式[27]：1/20σ = σ+Kd(1.1)式中 σ 为多晶体屈服强度，σ0为单晶体强度，K 为常数，镁的 Hall- Petch 系数Ky=280MPa
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG146.22

【引证文献】