挤压态AZ31镁合金室温变形行为研究
发布时间：2020-11-21 20:09
从20世纪晚期开始,人们就一直致力于降低能源消耗和环境污染。随着自然资源短缺的加重,大范围的生产和使用轻金属合金,从而减轻重量、提高效率、降低成本,已经成为一种必然的趋势。目前,镁合金作为最轻的金属结构材料在多种技术应用上都取得了引人注目的成就,尤其在汽车、航空和电子产品领域得到了广泛的应用。但是,由于镁合金是密排六方结构,可开动的滑移系比较少,使得镁合金的塑性较差,降低了成型能力,这大大限制了变形镁合金的推广应用。正因为如此,这些年镁合金变形和成型的研究已经成为该领域里的一个重要的课题。 本论文的工作中,我们首先通过双向双通道变通径(DDE)挤压工艺改善镁合金的组织和性能。论文选取应用比较广泛的AZ31镁合金作为研究对象。采用金相显微分析(OM)、X射线衍射分析、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段,对挤压态AZ31镁合金的性能及其随后的拉伸、压缩过程中的变形行为、失效行为、退火再结晶行为进行了系统的研究。结果表明: DDE挤压工艺可以细化镁合金的晶粒,改善镁合金的力学性能。随着挤压温度的升高,晶粒发生长大,组织变得不均匀,力学性能变差。400℃挤压过程中沿挤压方向形成了基面{0002}纤维织构。 对400℃挤压态镁合金进行室温拉伸、压缩变形,变形过程中发生了孪生,随着变形量的增加,组织中孪晶的数量增加,孪晶形态和孪生模式也发生了变化,厚透镜片状的{10—12}101—1拉伸孪晶在变形初期形成,薄片状的{10—11}10—12压缩孪晶在变形后期形成。相同变形量下,压缩时产生的孪晶更多,这是挤压过程中形成的基面{0002}纤维织构引起的。变形后的试样在退火过程中发生了静态再结晶,变形过程中形成的孪晶为再结晶的发生和晶粒的细化起到了关键的作用。 400℃挤压态镁合金在室温拉伸、压缩过程中出现了明显的拉伸-压缩屈服不对称现象。晶粒尺寸、Al元素含量和织构是影响拉-压不对称性的关键因素。晶粒尺寸越小、Al元素含量越高、织构越分散,镁合金的拉-压不对称性越弱。对挤压态镁合金进行热处理,经历固溶处理的试样的拉-压不对称性最弱,这是晶粒尺寸、织构、Al元素三方面综合作用的结果。 均匀态AZ31镁合金拉伸破坏实验过程中发生穿晶断裂,微观断口分析显示其断裂机理为解理断裂。400℃挤压态AZ31镁合金拉伸断裂机理为准解理断裂。经热处理后的挤压态镁合金在拉伸过程中出现颈缩现象,断裂均属于延性断裂,断裂机理均为微孔型断裂。不同热处理状态试样断口中的韧窝数量、深浅、形貌有所差异,经历固溶处理的试样的塑性较好,固溶+时效态的最好,这是因为Al的固溶引起了“固溶软化”,降低了柱面滑移的临界分切应力(CRSS),使得柱面滑移容易开动,改变了变形的模式,第二相的析出也为改善镁合金的塑性起到了关键的作用。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TG146.22
【部分图文】：
111.6.1 室温下镁合金塑性变形特征大部分镁合金具有密排六方晶体结构(如图1.1所示)，对称性低，其轴比(c/a)值为1.623，接近理想的密排值1.633，室温滑移系少，冷加工成形困难。镁合金的塑性变形机制主要表现为滑移系少，孪晶参与协调变形。在低温的情况下，一般只有基面滑移系参与滑移，即3个几何滑移系。它们的临界分切应力比其他类型滑移系低得多。但是只有3个滑移系不可能协调有c轴方向压缩应变产生的任何变形。实验观察表明，这些变形通过机械孪生来协调。诱发孪生所需要的应力小于激活其他滑移系所需的应力。低于498K时，多晶镁的塑性变形仅限于通过基面{0001}与<112—0>方向滑移和棱面滑移系{101—2}<101—1>方向孪生来实现。当应力与基面平行时
图 2.3AZ31 镁合金的组织 (a) 铸态 (b) 均匀化退火态Fig. 2.3 Microstructures of AZ31 magnesium alloy (a) as-cast (b) homogenized2.5 挤压态 AZ31 镁合金热处理实验镁合金的性能不仅与其化学成分有关，而且还与其所处的热处理状态有关本次实验所采用的 AZ31 镁合金属于不可热处理强化的镁合金。本实验的目的是过固溶和时效处理改变 Al 元素在合金中的形态来具体分析其对镁合金拉-压不称性的影响。热处理使用的材料是 400℃挤压成型的 AZ31 棒材，具体的热处理艺方案如下表 2.2 所示。表 2.2 挤压态 AZ31 镁合金热处理工艺方案Tab. 2.2 Heat treatment process scheme of extruded AZ31合金 固溶温度/ ℃ 固溶时间/ h 时效温度/ ℃ 时效时间/ h挤压态 AZ31 410+水淬 12挤压态 AZ31 230 8
2.7 金相观察实验金相实验是研究金属材料组织最常用的实验手段，本文对 AZ31 合金铸态织、DDE 变形、拉伸、压缩、再结晶退火后的组织进行了金相观察，并研究了组织的形态、分布及演变。为了研究拉伸、压缩变形过程中各个阶段的组织变情况，我们对变形过程中各个不同阶段的制品进行了制样，进行金相观察和分研究。用水砂纸先粗磨后精磨其剖面(砂纸型号顺序为 No120, No280, No400, No6No800, No1000, No1400, No2000)，所用浸蚀剂为：苦味酸 4.2g＋醋酸 10 mL＋馏水20mL＋乙醇70mL溶液，在OLYMPUS和ZEISS金相显微镜下观察金相组织2.8 显微硬度测定实验硬度是表征金属材料软硬程度的一种性能。显微硬度 HV 值可以反映基体析出相颗粒或者晶界附近等微观区域的硬度。由于镁基体硬度太低，即使用最图 2.4 拉伸、压缩试样尺寸Fig. 2.4 The size of tensile and compressive sample
【参考文献】
本文编号：2893535
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TG146.22
【部分图文】：
111.6.1 室温下镁合金塑性变形特征大部分镁合金具有密排六方晶体结构(如图1.1所示)，对称性低，其轴比(c/a)值为1.623，接近理想的密排值1.633，室温滑移系少，冷加工成形困难。镁合金的塑性变形机制主要表现为滑移系少，孪晶参与协调变形。在低温的情况下，一般只有基面滑移系参与滑移，即3个几何滑移系。它们的临界分切应力比其他类型滑移系低得多。但是只有3个滑移系不可能协调有c轴方向压缩应变产生的任何变形。实验观察表明，这些变形通过机械孪生来协调。诱发孪生所需要的应力小于激活其他滑移系所需的应力。低于498K时，多晶镁的塑性变形仅限于通过基面{0001}与<112—0>方向滑移和棱面滑移系{101—2}<101—1>方向孪生来实现。当应力与基面平行时
图 2.3AZ31 镁合金的组织 (a) 铸态 (b) 均匀化退火态Fig. 2.3 Microstructures of AZ31 magnesium alloy (a) as-cast (b) homogenized2.5 挤压态 AZ31 镁合金热处理实验镁合金的性能不仅与其化学成分有关，而且还与其所处的热处理状态有关本次实验所采用的 AZ31 镁合金属于不可热处理强化的镁合金。本实验的目的是过固溶和时效处理改变 Al 元素在合金中的形态来具体分析其对镁合金拉-压不称性的影响。热处理使用的材料是 400℃挤压成型的 AZ31 棒材，具体的热处理艺方案如下表 2.2 所示。表 2.2 挤压态 AZ31 镁合金热处理工艺方案Tab. 2.2 Heat treatment process scheme of extruded AZ31合金 固溶温度/ ℃ 固溶时间/ h 时效温度/ ℃ 时效时间/ h挤压态 AZ31 410+水淬 12挤压态 AZ31 230 8
2.7 金相观察实验金相实验是研究金属材料组织最常用的实验手段，本文对 AZ31 合金铸态织、DDE 变形、拉伸、压缩、再结晶退火后的组织进行了金相观察，并研究了组织的形态、分布及演变。为了研究拉伸、压缩变形过程中各个阶段的组织变情况，我们对变形过程中各个不同阶段的制品进行了制样，进行金相观察和分研究。用水砂纸先粗磨后精磨其剖面(砂纸型号顺序为 No120, No280, No400, No6No800, No1000, No1400, No2000)，所用浸蚀剂为：苦味酸 4.2g＋醋酸 10 mL＋馏水20mL＋乙醇70mL溶液，在OLYMPUS和ZEISS金相显微镜下观察金相组织2.8 显微硬度测定实验硬度是表征金属材料软硬程度的一种性能。显微硬度 HV 值可以反映基体析出相颗粒或者晶界附近等微观区域的硬度。由于镁基体硬度太低，即使用最图 2.4 拉伸、压缩试样尺寸Fig. 2.4 The size of tensile and compressive sample
【参考文献】
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8 刘楚明;刘子娟;朱秀荣;周海涛;;镁及镁合金动态再结晶研究进展[J];中国有色金属学报;2006年01期
本文编号：2893535
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