高强度Mg-Sn-Zn-Al合金的变形行为及其强化机制研究

发布时间：2020-06-10 02:32

【摘要】：作为最轻的金属结构材料,镁及镁合金在汽车、航空航天、电子通讯及国防等领域中具有广阔的应用前景,被誉为“21世纪最具发展的绿色工程材料”。Mg-Sn系合金由于具有良好的抗蠕变性能和优异的沉淀强化效应使得其在开发高强韧变形镁合金方面具有极大潜力。当在Mg-Sn系合金中加入适量的Zn和Al元素之后,不仅可以提高Mg_2Sn的析出动力,而且也可以细化Mg_2Sn析出相并使其均匀分布,从而制备出优异的Mg-Sn-Zn-Al合金。本文采用常规铸造方法制备Mg-8Sn-2Zn-2 wt.%Al(TZA822)合金,研究了热挤压以及合金的初始组织(晶粒尺寸和第二相体积分数)对TZA822合金显微组织、织构和力学性能的影响规律。在此基础上,对挤压态TZA822合金进行高温热压缩实验,研究了合金热变形行为。同时基于动态材料模型(DMM)和材料不可逆热力学原理,绘制了挤压态TZA822合金在不同应变(0.1~0.7)下的热加工图,确定了其最佳热加工工艺参数。此外,结合挤压态TZA822合金在不同变形条件下的微观组织演变规律,确定了其动态再结晶机制。研究结果表明:铸态TZA822合金展现了典型的树枝晶结构,主要由?-Mg基体、及呈弥散和块状分布的Mg_2Sn相组成,其平均二次枝晶间距为30.1?m。经挤压后,合金展现了典型的双峰组织,主要由动态再结晶晶粒和破碎的第二相形成的挤压条带组成,合金的平均晶粒尺寸为4.7μm,且表现出典型的基面纤维织构。挤压态与铸态TZA822合金相比,拉伸屈服强度(TYS)由116 MPa提高到182 MPa,抗拉强度(UTS)由158 MPa提高到226 MPa,伸长率(EL)达到17.9%。挤压态合金力学性能提高是晶界强化,织构强化和沉淀强化共同作用的结果。研究微纳米Mg_2Sn颗粒对挤压态TZA822合金强化效应的影响时发现:相比于TZA822-AC合金,TZA822-HT合金展现了更细小的晶粒、更均匀的组织以及更弱的基面织构。挤压前TZA822合金中微米粒子数量的减少,引起了合金挤压之后基面上纳米Mg_2Sn析出相形貌由棒状变为球状。相比于棒状Mg_2Sn析出相,球状析出相提供了一个显著的强化效应,这主要归功于球状析出相较为细小且均匀分布,能够更有效的阻碍基面位错滑移。结果,TZA822-HT合金具有高的TYS(245 MPa),UTS(320 MPa),EL(26.5%),较低的屈服不对性(R=0.96)及更高的加工硬化率。挤压态TZA822合金高温热压缩研究结果表明:热变形条件对合金的流变应力有较大影响,即流变应力随着变形温度的降低和应变速率的增加而增大。通过本构方程得到了挤压态TZA822合金的平均激活能(Q)和应力指数(n)的值分别为189.5 kJ/mol和6.45,表明了位错交滑移为其主要变形机制。挤压态TZA822合金的最佳热加工参数为:350 ~oC/0.01 s~(-1)和350 ~oC/10 s~(-1)。合金的失稳区域为:200-250~oC/10 s~(-1),且失稳机制为孪生和局部流变。此外,EBSD和TEM测试结果表明具有亚晶旋转特征的连续动态再结晶(CDRX)是变形条件在350 ~oC/0.01 s~(-1)下的主要动态再结晶机制。而CDRX和具有晶界弓出特征的非连续动态再结晶(DDRX)能够同时发生在变形条件350~oC/10 s~(-1)下。
【图文】：

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图 1-1 镁合金主要滑移面[21]Fig. 1-1 Main gliding planes of Mg alloys[21].表 1-1 镁及镁合金的独立滑移系[22]Table 1-1 The independent slip system in Mg and its alloys[22]滑移系滑移面滑移方向独立滑移系数柱面<a>滑移基面<a>滑移锥面<a>滑移锥面<c+a>滑移

示意图,结晶机制,机制,示意图

LTDRX机制示意图
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22

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