AE42镁合金轧制成型研究

发布时间：2017-09-18 08:01

  本文关键词：AE42镁合金轧制成型研究

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【摘要】：镁合金作为新型的结构材料已广泛地应用于汽车、航天航空、3C产品等领域。由于我国镁合金的轧制工艺的不成熟,所以镁合金板材的应用受到了严重的限制。本文将AE42稀土镁合金作为研究对象,主要研究AE42镁合金的热压缩及轧制变形行为。本文主要采用OM、SEM及XRD对AE42镁合金铸态的显微组织及室温力学性能进行了研究。研究表明:AE42镁合金铸态组织中含有白色的α-Mg相,还存在大量呈体心正交晶体结构的呈块状、短棒状及针状相Al11RE3(或Al4RE),该相沿晶界或跨晶界分布;另外还有少量呈立方Laves晶体结构的颗粒状Al2RE相,该相弥散分布于晶界处及晶粒内部。在室温下,铸态AE42镁合金的力学性能不高,σb、σs和δ分别为117.6MPa、53.2MPa和10.87%。对AE42镁合金进行400℃均匀化退火,12 h的处理后,利用Gleeble-3500热力模拟仪对AE42镁合金进行不同变形温度和应变速率下的热压缩试验。结果表明,AE42镁合金的流变应力随着变形温度的降低而增加,随应变速率的升高而增加。其真应力-应变曲线的变化可分为加工硬化,流变软化和动态平衡三个阶段。在全部试验范围内,双曲正弦函数形式方程可以用来较好的描述变形温度、应变速率及真应力之间的本构关系。对热压缩变形后的AE42镁合金进行显微组织观察后发现,在变形过程中,组织的变化包括孪晶、动态再结晶(DRX)及两种方式同时出现的混合组织。在应变速率一定时,随着变形温度的升高,孪晶数量逐渐减少直至消失,再结晶组织逐渐增多,晶粒尺寸逐渐长大。当变形温度一定时,随着应变速率的增大,再结晶组织逐渐增多且晶粒尺寸逐渐细化,部分变形晶粒沿45°方向被拉长,在拉长晶粒周围并伴随有孪晶组织出现。利用真应变为0.5的应力值构建AE42镁合金的热加工图。从热加工图中可以得出:材料的可加工区域可分为两个部分,分别为:1)domain#1:350-450℃/0.001s-1-0.5s-1,此区域内功率耗散效率较大,最高为28%,变形晶粒发生了完全的动态再结晶;2)domain#2:275-375℃/0.001s-1-0.1s-1,此区域内功率耗散效率相对较小,最高为18%,晶粒发生了部分动态再结晶。功耗耗散系数随着动态再结晶程度和晶粒尺寸的增加而增加。而不可加工区域的范围为250-450℃/1s-1-10s-1,在该区域内可以观察到绝热剪切带和基体裂纹的出现,在材料的塑性加工过程中应尽量避免。根据热加工图和实际的生产需要确定了AE42镁合金的轧制工艺参数的范围,并分析了轧制变形量、轧制温度、轧制道次以及轧制方向对板材组织、织构和力学性能的影响。结果表明:增加轧制道次或者提高轧制温度均可以改善板材的表面质量;随着轧制变形量、轧制温度和轧制道次的增加,合金组织中孪晶数量减少,动态再结晶区域逐渐增加,再结晶晶粒的尺寸随轧制温度的升高而增加。通过XRD分析研究了轧制变形过程中宏观织构的变化规律。经过轧制后的AE42镁合金板材在表面形成了{0002}基面强织构,表现出了明显的各向异性。而显微组织和宏观织构的变化严重影响了板材的室温力学性能,随着轧制道次的增加,宏观织构强度逐渐减弱;而随着轧制温度的升高,板材的宏观织构强度出现先增加后减小的变化规律。而改变板材的轧制方向可以得到晶粒尺寸细小均匀的等轴晶,并可以明显弱化板材的基面织构强度,减小板材的各向异性,提高板材的塑性变形能力。综合对板材宏观形貌、显微组织、织构以及室温力学性能的分析,得到优化后AE42镁合金的轧制工艺参数:变形量75%,轧制温度为450℃,轧制道次为8道次,在该工艺参数下,板材的σb、σs和δ可分别达到235.57MPa、140.11MPa和16.08%,相比于铸态分别提高了97%、156%和39%。
【关键词】：AE42 镁合金 热压缩 热加工图 轧制
【学位授予单位】：青海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG339
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 镁及镁合金的特点及应用13-16
• 1.1.1 镁及镁合金的特点13-14
• 1.1.2 镁合金的应用14-16
• 1.2 稀土镁合金16-17
• 1.2.1 稀土资源16
• 1.2.2 稀土在镁合金中的作用16
• 1.2.3 稀土镁合金的研究进展16-17
• 1.3 镁合金的热压缩变形行为17-19
• 1.3.1 本构关系18
• 1.3.2 热加工图18-19
• 1.4 镁合金的轧制19-21
• 1.4.1 轧制压下量19-20
• 1.4.2 轧制温度20
• 1.4.3 轧制方式20-21
• 1.5 镁合金的织构及其影响因素21
• 1.6 本文研究背景及主要内容21-23
• 1.6.1 研究背景21-22
• 1.6.2 主要研究内容22-23
• 第2章 试验材料与方法23-31
• 2.1 试验材料23
• 2.2 试验设备及方法23-29
• 2.2.1 均匀化退火处理23-24
• 2.2.2 热压缩试验24-25
• 2.2.3 轧制试验25-26
• 2.2.4 室温拉伸实验26-28
• 2.2.5 硬度测试28-29
• 2.3 微观组织分析测试方法29-31
• 2.3.1 金相分析29
• 2.3.2 XRD分析29-30
• 2.3.2.1 物相分析29-30
• 2.3.2.2 XRD宏观织构分析30
• 2.3.3 SEM观察及EDS分析30
• 2.3.4 EPMA元素分析30-31
• 第3章 AE42镁合金铸态显微组织与力学性能31-36
• 3.1 引言31
• 3.2 AE42镁合金的铸态显微组织及室温力学性能研究31-35
• 3.2.1 AE42镁合金的铸态显微组织及分析31-33
• 3.2.3 铸态AE42镁合金的室温力学性能分析33-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第4章 AE42镁合金的热变形行为及热加工图36-61
• 4.1 引言36
• 4.2 AE42镁合金的均匀化退火处理36-37
• 4.3 AE42镁合金热变形后的宏观形貌37-38
• 4.4 AE42镁合金的真应力-应变曲线38-41
• 4.4.1 变形温度对AE42镁合金变形曲线及峰值应力的影响38-40
• 4.4.2 应变速率对AE42镁合金变形曲线及峰值应力的影响40-41
• 4.5 AE42镁合金材料的热压缩本构方程41-52
• 4.5.1 幂指数形式42-44
• 4.5.2 指数形式44-48
• 4.5.3 双曲正弦函数形式48-52
• 4.6 AE42镁合金热加工图的建立52-54
• 4.6.1 热加工图的构建准则52
• 4.6.2 热加工图的构建过程52-54
• 4.6.3 可加工区域与不可加工区域分析54
• 4.7 热压缩变形过程中显微组织演变54-59
• 4.7.1 变形温度对AE42镁合金显微组织的影响54
• 4.7.2 应变速率对AE42镁合金显微组织的影响54-57
• 4.7.3 热加工图中AE42镁合金显微组织的分析57-59
• 4.7.3.1 可加工区域显微组织的分析57
• 4.7.3.2 不稳定区域显微组织的分析57-59
• 4.8 本章小结59-61
• 第5章 AE42镁合金轧制变形行为61-84
• 5.1 引言61
• 5.2 轧制变形量对AE42镁合金板材显微组织的影响61-64
• 5.2.1 板材的宏观形貌61-62
• 5.2.2 板材的金相显微组织62-64
• 5.3 轧制道次对AE42镁合金板材显微组织及力学性能的影响64-72
• 5.3.1 板材的宏观形貌64-65
• 5.3.2 轧制道次对板材显微组织的影响65
• 5.3.3 轧制力与轧制道次的关系65-68
• 5.3.4 轧制道次对AE42镁合金板材宏观织构的影响68-70
• 5.3.5 轧制道次对板材室温力学性能的影响70-71
• 5.3.6 AE42镁合金板材室温断口形貌分析71-72
• 5.4 轧制温度对AE42镁合金板材显微组织及力学性能的影响72-78
• 5.4.1 板材的宏观形貌72-73
• 5.4.2 轧制温度对板材显微组织的影响73-74
• 5.4.3 轧制力与变形温度的关系74
• 5.4.4 轧制温度对AE42镁合金板材宏观织构的影响74-76
• 5.4.5 轧制温度对AE42镁合金板材力学性能的影响76-77
• 5.4.6 AE42镁合金板材室温断口分析77-78
• 5.5 轧制方向对AE42镁合金板材组织及性能的影响78-83
• 5.5.1 板材的宏观形貌78-79
• 5.5.2 板材的金相显微组织79
• 5.5.3 轧制方向对AE42镁合金板材宏观织构的影响79-81
• 5.5.4 轧制方向对AE42镁合金板材力学性能的影响81-82
• 5.5.5 AE42镁合金板材在不同轧制方向下的断口形貌分析82-83
• 5.6 小结83-84
• 结论84-85
• 参考文献85-91
• 致谢91-92
• 作者简介92

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本文编号：874309