AZ31镁合金分流模挤出型材微观组织与力学性能研究

发布时间：2020-03-28 09:35

【摘要】：随着我国环境问题的日益突出,工业上对汽车、轨道交通、航空航天、船舶等行业的节能减排需求不断提高,交通载体的轻量化设计已经成为了重要的发展趋势和研究热点。镁合金材料作为最轻的金属结构材料,具有比强度高、比刚度高、易切削加工、易回收等优点,在工程应用中得到了越来越多的关注。然而,镁合金材料为密排六方结构,其室温下塑性加工性能较差。因此,目前镁合金的塑性成形工艺主要以热变形为主,如热轧制、热锻和热挤压等。在上述热成形工艺中,热挤压成形具有经济、方便、生产效率高等优点,而且所获得的镁合金型材拥有良好的微观组织和力学性能。分流模挤压是生产空心类镁合金型材的主要方式。分流模挤压过程中,材料经历分流、焊合、挤出等过程,材料的流动和微观组织的演变比较复杂,而且将在型材整个长度上形成若干条纵向焊缝。目前,国内外关于镁合金挤压成形的研究主要集中在平模挤压,而较少的关注了镁合金分流模的挤压成形,尚未明确分流模挤压过程中镁合金微观组织和力学性能的变化规律。针对以上问题,本文以AZ31镁合金为研究对象,开展了分流模挤压实验和相关的数值模拟工作,对镁合金分流模挤压工艺及挤出型材的微观组织和力学性能进行了深入研究。本文主要研究内容包括以下三个方面:(1)在380 ℃温度和0.1 mm/s挤压速度的条件下,开展了 AZ31镁合金分流模挤压实验,实验后将模具型腔内的材料取出。基于Deform3D数值模拟结果,获得了焊缝区和基体区的流线位置,并在两条流线上各选取了若干个特征点进行微观组织表征。基于以上结果,深入分析了焊缝区和基体区流线上AZ31镁合金材料的晶粒形貌、晶粒尺寸、织构等微观组织的演变规律。(2)在不同温度条件下,开展了 AZ31镁合金分流模挤压实验,对挤出型材进行了微观组织观察,并利用拉伸试验对型材的焊缝质量进行了表征。基于Deform3D的模拟结果,对型材微观组织的分布特点进行了合理的解释,进而利用Q准则和J准则对型材焊缝质量进行预测与评估。结合微观组织、拉伸试验和数值模拟等结果,提出了型材的力学性能不仅和焊合质量有关,而且和焊缝区的微观组织有很大的关系。(3)利用铸造态、均质态和挤压态AZ31镁合金作为初始坯料,开展了分流模挤压实验。对所获得的挤出型材进行微观组织分析和力学性能测试,研究发现,第二相粒子在分流模挤压过程中能明显促进镁合金的动态再结晶过程,从而起到细化晶粒和弱化织构的效果。由于铸态坯料的挤出型材具有明显细化的晶粒和弱化的变形织构,该型材表现出更加优良的力学性能。
【图文】：

宏观图,坯料,金属的,模具

逑压筒、分流孔、焊合室、工作带等位置处的材料进行微观组织表征和分析。因此，，逡逑在模具冷却后，利用钻取、线切割等方法将模具型腔内的残余金属取出。图２－２逡逑给出了所取出的模具型腔内的残余金属，从左至右为挤压方向。逡逑Ｉ－一＇逡逑逦？ＥＤ逡逑图２－２剖取的模具内坯料金属的宏观图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｍａｃｒｏｇｒａｐｈ邋ｏｆ邋ｒｅｓｅｒｖｅｄ邋ｍａｔｅｒｉａｌ邋ｉｎｓｉｄｅ邋ｔｈｅ邋ｄｉｅ邋ｃａ＼邋ｉｔ＼７．逡逑分流模挤压过程中，材料经历微镦粗、分流、焊合、挤出等多个阶段，材料逡逑的流动行为和变形规律比较复杂，并且存在严重的变形不均匀性。为了研宄不同逡逑材料流动路径条件下微观组织的演变机理，本文选取了两条金属流线进行重点分逡逑析。如图２－３所示，靠近焊缝处的流线和远离焊缝处的流线分别命名为ＷＺＬ逡逑（Ｗｅｌｄｉｎｇ邋Ｚｏｎｅ邋Ｌｉｎｅ）和邋ＭＺＬ邋（Ｍａｔｒｉｘ邋Ｚｏｎｅ邋Ｌｉｎｅ）。两条流线在分流模挤压过逡逑程中不交叉且保持在一定距离，并且两条流线上的材料流动变形状态存在明显差逡逑别。ＷＺＬ流线因靠近分流桥而有更长的变形路径，并且在分流焊合过程中经历逡逑了更为剧烈的剪切变形。因此

等效应变,分流模,挤压过程,数值模拟

坯料则应变速率较小。此外，在焊合阶段，流动坯料的应变速率呈现出先上升后逡逑下降的梯度变化的趋势。这说明，分流模挤压的焊合阶段是一个坯料金属发生剧逡逑烈塑性变形的过程。从图２－６邋（ｂ）中可以看出，挤出型材的焊缝处具有更高的等逡逑效应变，并且等效应变沿垂直于焊合面的横向呈现梯度性下降分布。这是因为沿逡逑焊缝流线方向的镁合金坯料相较于沿基体区流线的坯料发生了更为剧烈剪切塑逡逑性变形并积累了更多的等效应变，因此，其所积累的等效应变更大。逡逑Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ邋ｓｔｒａｉｎ邋ｒａｔｅ逦Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ邋ｓｔｒａｉｎ逡逑０．０５００邋＿逦１０．０邋ｍ逡逑５．００邋｜逡逑°－０，２５ｌ逦２－５０ｌ逦１１１逡逑０．００６３１逦１．２５邋Ｉ逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑图２－６分流模挤压过程材料的等效应变速率及等效应变分布的数值模拟结果逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－６邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｅｆｆｅｃｔｉ＼邋ｅ邋ｓｔｒａｉｎ邋ｒａｔｅ邋ａｎｄ邋ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ邋ｓｔｒａｉｎ邋ｄｕｒｉｎｇ邋ｐｏｒｔｈｏｌｅ邋ｄｉｅ邋ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ逡逑ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｂｔａｉｎｅｄ邋ｆｒｏｍ邋ｎｕｍｅｒｉｃａｌ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．逡逑２．５实验结果与分析逡逑２．５．１均质态ＡＺ３１镁合金微观组织逡逑铸造态和均质态ＡＺ３１镁合金材料经过抛光腐蚀后，对其微观组织进行了金逡逑相观察，结果如图２－７所示。从图中可以看出，铸态组织中可见粗大的直径约为逡逑１００邋ｊａｍ的等轴晶，在晶粒边界和晶粒内部分布着粗大的直径约为２￣１０邋｜ａｍ的圆逡逑形第二相粒子。根据前人的研宄
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22;TG379

【参考文献】