微量Ca及退火工艺对Mg-Al-Mn合金显微组织与成形性能的影响

发布时间：2020-10-01 20:01

　　镁合金以其密度小、比强度高、减震性好等一系列优点广受汽车行业的青睐,尤其是变形镁合金板材可通过二次冲压成形来满足不同形状、尺寸车身结构件的生产要求,更加具有广阔的应用前景。Mg-Al-Mn系合金由于具有较高的强度、良好的塑韧性和耐蚀性等优势成为变形镁合金领域的研究热点之一。然而,与其他变形镁合金相同,该系合金在塑性变形过程中会产生强烈的基面织构,这严重制约了板材冲压成形性能的提高,从而限制了其在汽车领域的应用与发展。因此,如何弱化Mg-Al-Mn系合金板材的基面织构是提高其成形性能的关键,这对于拓展镁合金在汽车行业的应用范围具有重要意义。本文以Mg-5Al-0.3Mn合金为研究对象,采用显微金相观察、SEM及EDS分析、XRD分析、EBSD分析、拉伸和杯突测试等分析手段,研究微量Ca及退火工艺对合金显微组织与成形性能的影响,通过优化合金成分与退火工艺,旨在提高板材的室温成形性能。主要研究结果如下:(1)微量Ca添加没有导致铸态Mg-5Al-0.3Mn合金中新相的形成,但随Ca含量的增加,合金组织逐渐细化,晶界处呈网状和粗大骨骼状分布的β-Mg_(17)Al_(12)相逐渐向细小骨骼状和颗粒状发生转变,并且在基体中的分布变得更加离散均匀。对Mg-5Al-0.3Mn-xCa合金进行相同工艺的热轧变形,发现Ca添加促进了热轧过程中{1011}压缩孪晶和剪切带的形成,并促使合金基极偏离ND方向,导致基面织构强度明显降低。织构的弱化主要归因于{10-11}压缩孪晶和剪切带促进再结晶晶粒形核,此外,Ca添加导致合金c/a值减小对基面织构弱化也具有一定促进作用。(2)微量Ca添加使热轧态Mg-5Al-0.3Mn合金板材的杯突值明显升高,但当Ca含量大于0.1wt.%之后,杯突值的升高趋势变得平缓。对Mg-5Al-0.3Mn-xCa合金板材进行相同工艺的退火处理,发现退火可进一步弱化合金的基面织构,并显著提高其室温成形性能,随Ca含量的增加,合金板材的屈服强度(?)_s、延伸率δ和塑性应变比(?)逐渐降低,而应变硬化指数(?)和杯突值IE逐渐升高。当Ca含量为0.3wt.%时,合金板材的综合性能最好,其室温屈服强度(?)_s、延伸率(?)、(?)值、(?)值和杯突值IE分别为187MPa、22.3%、0.25、2.46和4.18mm。(3)退火工艺对Mg-5Al-0.3Mn-0.3Ca合金板材的显微组织与成形性能具有显著影响:随退火温度的升高和退火时间的延长,合金中再结晶晶粒所占比例逐渐增加,平均晶粒尺寸逐渐增大,杯突值呈先升高后降低的趋势,当退火温度为400℃,退火时间为1.5h时,合金板材的杯突值最高,且综合性能最好。该退火工艺下Mg-5Al-0.3Mn-0.3Ca合金板材的屈服强度(?)_s、延伸率(?)、(?)值、(?)值和杯突值IE分别为182MPa、23.1%、0.28、2.35和4.87mm。
【学位单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U465.2;TG146.22;TG156.2
【部分图文】：

滑移,镁合金,滑移系

１．２．１滑移逡逑滑移是镁合金中最基本的变形方式。根据滑移方向的不同，镁合金中的滑逡逑移系可分为＜ａ＞滑移（如图１．１）和＜（：＋＆＞滑移（如图１．２）。其常见的滑移系如表逡逑１．１所示［９，１（）］。滑移具有可逆性，其开动的难易程度主要取决于临界分切应力逡逑（ＣＲＳＳ）的大小。镁及镁合金中各个滑移系开启的ＣＲＳＳ关系为：ＣＲＳＳＣＲＳＳ逡逑柱面＜ＣＲＳＳＭ［１１—１３］。其中，基面＜ａ＞滑移所需的ＣＲＳＳ最小，为０．４５？０．８１ＭＰａ，逡逑因此在变形过程中最容易开启，其主要作用是在室温变形时容纳大部分的塑性逡逑应变。柱面＜ａ＞滑移的ＣＲＳＳ较高，约为４０ＭＰａ，故在室温下较难开启。而锥面逡逑＜ｃ＋ａ＞滑移的ＣＲＳＳ约为基面＜ａ＞滑移的１００倍，即４５？８１ＭＰａ，因此在室温下更逡逑难开启。该滑移常发生在应力高度集中的区域内，可单独提供五个独立的滑移逡逑系。根据ＶｂｎＭｉｓｅｓ法则［１４］可知，五个滑移系的同时开启才会使多晶材料产生均逡逑匀的塑性变形。因此

变形镁合金,力学性能

材料仍然依靠进口。但随着科技的发展以及加工工艺的日趋成熟，国内变形镁逡逑合金的研究也取得一定进展。重庆大学研究开发的１６种高塑性变形镁合金已成逡逑为国家牌号，部分合金化学成分如表１．２所示。图１．４给出了传统变形镁合金与逡逑新型变形镁合金体系的力学性能对比。由图可知，与传统的Ｍｇ－Ａｌ－Ｚｎ和逡逑Ｍｇ－Ｚｎ－Ｚｒ系合金相比，新型Ｍｇ－Ｇｄ－Ｙ－Ｍｎ、Ｍｇ－Ｓｎ－Ａｌ和Ｍｇ－Ａｌ－Ｍｎ系合金在强逡逑度改善的基础上塑性显著提高。尤其是Ｍｇ－Ａｌ－Ｍｎ系合金，其抗拉强度可与传统逡逑商用Ｍｇ－Ａｌ－Ｚｎ系镁合金相媲美，但延伸率可达到２０％以上，明显高于Ｍｇ－Ａｌ－Ｚｎ逡逑系合金以及新型Ｍｇ－Ｇｄ－Ｙ－Ｍｎ和Ｍｇ－Ｓｎ－Ａｌ等变形镁合金，表现出良好的塑性加逡逑工性能。并且，该系合金中无稀土元素添加，这进一步降低了生产成本。逡逑４逡逑

杯突值,镁合金,退火温度,板材

１绪论（２）晶粒尺寸逡逑晶粒尺寸对镁合金板材的冲压成形性能具有较大影响。Ｈｕａｎｇ等［４１］研宄，随退火温度升高，合金晶粒尺寸由７ｐｍ增大至１６ｐｍ，但其杯突值由８．３ｍ至７．５ｍｍ，如图１．７所示。而Ｃｈｉｎｏ等［４２］研究发现，随晶粒尺寸增大，合金形性能显著提高。这是由于孪晶更容易在大尺寸晶粒中出现，从而促进了的塑性变形。但当晶粒尺寸过大时，合金中容易造成杂质集中，这会导致的脆性增大，从而降低其冲压成形性能。因此，为获得具有良好冲压成形的镁合金产品，需合理控制镁合金的晶粒尺寸。逡逑

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