Al、Zn含量对挤压与轧制Mg-Al-Zn镁合金组织及力学性能的影响

发布时间：2019-09-11 15:54

【摘要】：在交通运输应用领域,相较于其它合金,镁合金由于具有高的比强度、比刚度以及优异的阻尼性能是最具应用前景的轻量化结构材料。然而,由于镁晶体的六方密排结构严重限制了其室温塑性和成型能力。目前工业上应用最广的镁合金是AZ和AM系列合金,这些合金中的Al含量较高,因此具有较高的室温强度,并且具有优异的铸造和机加工性能,尽管铸造合金在汽车工业和电子产品中得到了较广泛应用,但是由于有限的室温成形能力、低的蠕变抗力及较差的高温性能使得变形镁合金的应用有限。近年来,很多研究通过合金化激活滑移和孪生来提高镁合金的室温成形能力。第一性原理计算表面:随Al、Zn元素含量升高,基面和非基面层错能逐渐降低,并且更多滑移位置层错能降低,因而滑移机会增加,因而提高镁合金的塑性。但是目前没有发现报道优化AZ系变形镁合金中Al、Zn元素含量的工作。因此,通过实验深入研究Al和Zn含量对AZ系镁合金铸造、挤压、轧制显微组织与力学性能的影响,提高变形镁合金应用具有重要意义。本文主要研究了Al和Zn含量对挤压、轧制镁合金板材组织和性能的影响,主要研究结果如下:(1)通过调控AZ镁合金中的Al、Zn含量,发现随着Al、Zn含量提高,挤压变形镁合金的强度提高,而塑性降低。揭示了其强度提高的主要原因是细晶强化、第二相强化及固溶强化。而塑性没有随着Al、Zn含量升高而提高的主要原因是残留大颗粒相的应力集中导致材料断裂,最后优化了Al、Zn含量,挤压Mg-9wt%Al-1.2wt%Zn合金的强度达到370MPa,断裂塑性达到18.6%。(2)探索了挤压AZ镁合金板材的热处理工艺,优化出Mg-8wt%Al-1wt%Zn热处理工艺为275℃1.5h,通过低温短时间的热处理使其抗拉强度由317MPa提高到347MPa,屈服强度由121MPa提高到163MPa,但断裂延伸率基本不变为19%,揭示了其强度提高的主要原因是晶粒内部球形相的弥散析出。(3)对AZ91合金轧制前的热处理工艺进行研究,发现热处理工艺对轧制退火后的晶粒尺寸影响较小,但对轧制退火后的Mg17Al12相的尺寸及分布密度有很大影响,最后优化出的预热处理工艺为300℃1h+425℃3h。由于细小弥散的Mg17Al12相均匀分布,轧制退火后AZ91抗拉强度达到364MPa,断裂延伸率为15%。(4)在采用优化的轧制预热处理工艺的基础上,对轧制AZ镁合金的Al、Zn元素进行优化,最后获得综合性能优异的AZ81和AZ91轧制镁合金,室温抗拉强度分别为349 MPa和364MPa,断裂延伸率分别为19%和15%。并且获得了高强度的Mg-9wt%Al-1.2wt%Zn轧制合金,其室温抗拉强度达到382MPa。AZ81轧制合金150℃拉伸的断裂延伸率达到120.7%。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22

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