高强度Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金锻造工艺研究

发布时间：2017-03-26 22:02

  本文关键词：高强度Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金锻造工艺研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：镁合金因其密度低,高的比强度,阻尼减震性好,可以很好的回收,电磁屏蔽性好等等优良点,成为了材料的研发热点。然而镁合金绝对强度较低,制约了其发展。目前基于Mg-RE-Zn的高强度的镁合金成为了研发的热点。关于高强镁合金的挤压或者轧制工艺,研究相对较多也比较成熟。而对于高强度镁合金的锻造工艺研究却相对缺乏。然而,目前关于高强度镁合金的工业推广应用中,如何制备高强度的组织力学均匀的镁合金锻造样,或者怎样通过锻造工艺累积变形量达到更高力学性能,是很棘手的技术瓶颈。为此,本文针对不同状态(铸态,均匀化态,挤压态)高强度Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金开展了不同应变速率锻造工艺研究,制备了块状和柱状锻造样,同时分析了锻造对于该合金组织和力学性能的影响。首先,为节约锻造实验成本,使得锻造工艺的制定有理有据,系统论述Mg-Gd-Y-Zn-Mn热变形行为研究：计算出该合金的激活能为260.94kJ/mol,构建本构方程为：ε=6.55X1017[sinh(0.008376σ)]5.40314 exp(-260.94/8.314T)。绘制了加工图,并确定其最佳成型工艺参数为温度350℃—500℃,应变速率低于0.005S-1。温度460℃到500℃,应变率为0.005S-1-1S-1。为后续锻造提供理论指导。同时,讨论了相关微观组织演变和两种LPSO相(MgGdZn和MgZnY)的变形机制：块状LPSO相发现了扭折,其产生的原理是具有相反符号的位错对运动。热变形后层状LPSO弯曲呈河流状。其次,根据之前热模拟得出的结果,采用液压机对均匀化态,挤压态Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金进行低应变速率(锻造速度0.05～0.3m/s)多向自由锻造。均匀化态合金只锻造到了4个道次,第5道次后便产生了裂纹。晶粒组织有一定的细化,第二相变化不明显。4道次后综合力学性能最佳：UTS=256MPa,YS=231Mpa, EL=3.1%。挤压态合金锻造到14个道次,由于试样倾斜严重而作罢。12道次综合力学性能最佳：UTS=410Mpa,YS=300Mpa,EL=15.1%。强度较高,且延伸率为原始态的3倍。高强Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金锻造前后力学性能的提高,与细晶强化,第二相强化,固溶强化和锻造导致的织构弱化有关。最后,基于之前的模拟实验和低应变速率锻造,为了提高锻造生产效率,同时探索锻造进一步提高力学性能的可能性。本文最后系统研究了采用空气锤对铸态或者挤压态Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金进行高应变速率的锻造(锻造速度5-10m/s),制备块状和柱状高强度镁合金锻造样。锻造有助于改善铸态Mg-Gd-Y-Zn-Mn二次成型性。540℃x5h+450℃x10h均匀化后,镦粗(累积压缩25%),挤压随后200℃X50h的时效处理。所得合金综合力学性能最佳为：UTS=503Mpa,YS=395Mpa, EL=5.2%。采用空气锤对挤压态的Mg-Gd-Y-Zn-Mn进行了高应变速率的锻造,制备了长方体锻造样。抗拉强度相比于初始态变化不大,UTS在314Mpa和341Mpa之间。延伸率为锻前的3倍,EL在7%到14%之间。锻造对于其塑性提高的原因主要在于,锻造改善了微观组织的均匀性,获得了更多均匀细小的等轴晶。采用“一次挤压+空气锤快速锻造+二次挤压”工艺对挤压态的Mg-Gd-Y-Zn-Mn进行累积变形,时效后综合性能最高的为：UTS=460Mpa,YS=377MPa,EL=4.7%。
【关键词】：高强Mg-Gd-Y-Zn-Mn 热变形行为及加工图 锻造 微观组织 力学性能
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG319
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 高强镁合金研究现状11-13
• 1.2.1 高强镁合金体系研究11-12
• 1.2.2 高强镁合金加工工艺研究12-13
• 1.3 热变形行为及加工图理论13-16
• 1.3.1 热变形行为简介13-14
• 1.3.2 基于动态材料模型的加工图理论14-15
• 1.3.3 加工图的相关应用分析15-16
• 1.4 镁合金锻造工艺研究进展16-17
• 1.5 研究意义，目的及内容17-18
• 2 高强Mg-Gd-Y-Zn-Mn热变形行为及加工图18-32
• 2.1 引言18-19
• 2.2 实验过程和测试方法19
• 2.3 合金微观组织19-20
• 2.4 应力应变曲线特征20-21
• 2.5 本构方程分析21-24
• 2.6 加工图及相关组织演变24-31
• 2.7 本章小结31-32
• 3 高强Mg-Gd-Y-Zn-Mn低应变速率液压机锻造32-44
• 3.1 引言32-33
• 3.2 实验过程和测试方法33-34
• 3.2.1 实验过程33-34
• 3.2.2 测试方法34
• 3.3 液压机锻造对铸态合金微观组织和力学性能的影响34-37
• 3.4 液压机锻造对挤压态合金微观组织和力学性能影响37-42
• 3.5 本章小结42-44
• 4 高强Mg-Gd-Y-Zn-Mn高应变速率空气锤锻造44-62
• 4.1 引言44
• 4.2 实验过程和测试方法44-45
• 4.2.1 实验过程44-45
• 4.2.2 测试方法45
• 4.3 空气锤锻造对不同均匀化态合金组织和性能的影响45-49
• 4.4 空气锤锻造对挤压态合金组织和性能的影响49-55
• 4.5 空气锤锻造合金二次挤压工艺55-60
• 4.6 本章小结60-62
• 5 结论62-64
• 致谢64-66
• 参考文献66-72
• 附录72
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表论文目录72
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目72

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本文编号：269409